高等生物由来のユビキノン合成酵素遺伝子の解明

• 研究課題/領域番号: 16380073
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用生物化学
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 川向 誠 島根大学, 生物資源科学部, 教授 (70186138)
• 研究分担者: 松田 英幸 島根大学, 生物資源科学部, 教授 (50032595)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 11,400千円 (直接経費: 11,400千円); 2006年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円); 2005年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円); 2004年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
• キーワード: ユビキノン / コエンザイムQ / 抗酸化 / 酵母 / イソプレノイド / PRENYL TRANSFERASE

研究概要

ユビキノンは補酵素Q(CoQ)とも称される脂溶性抗酸化物質であり、生体内において電子伝達系の必須成分として重要な機能を果たしている。大腸菌、出芽酵母、分裂酵母においてコエンザイムQ(CoQ)の生合成経路の研究は進行中であるが、高等生物のCoQ生合成経路に関しては明らかにされていない部分が多い。本研究は高等生物由来のユビキノン合成に関わる遺伝子の同定を目的としている。
分裂酵母のポリプレニル二リン酸合成酵素を構成するdps1とdlp1の2種類の遺伝子の配列を基に配列データベースからヒト由来の2つのクローンを得て、それぞれhDPS1とhDLP1と命名した。これらの遺伝子を両方とも大腸菌において発現させ、UQ抽出を行ったところ、UQ-10の生成が確認できた。すなわち単離した2つの遺伝子がデカプレニル2リン酸合成酵素をコードしていることを示した。また、分裂酵母のミトコンドリア移行シグナルを付加した融合蛋白質発現プラスミドを構築し、分裂酵母dps1破壊株とdlp1破壊株において発現させたところ、最少培地上での相補が見られ、ヒト由来のデカプレニル二リン酸合成酵素をコードする遺伝子は複合体で機能していると考えられた。同様な結果をマウス由来のmSPS1とmDLP1について得た。これらの結果よりヒト及びマウスでは2種類遺伝子が複合体を形成し、ヘテロマーの酵素がそれぞれユビキノンの合成に働いていることを見いだした。
分裂酵母のCoQ生合成に関わる遺伝子のうち10種の遺伝子とその遺伝子破壊株を取得している。これらの破壊株は、CoQ生合成の不能に加え、最少培地での生育遅延、硫化水素の発生、酸化ストレス感受性といった表現型を示す。それらの表現型を利用して、ヒト及びシロイヌナズナ由来のCoQ生合成遺伝子を分裂酵母のCoQ生合成遺伝子破壊株で発現させた時、表現型が野生型へと回復すれば、その部分に関しては同様の反応が行われていることの証明になる。そこで我々は既知のCoQ生合成遺伝子配列をもとにして相同性の高いヒト及びシロイヌナズナ由来のcDNAを取得し、分裂酵母用発現ベクターを用いて分裂酵母のCoQ生合成遺伝子破壊株で発現させたところ、ヒト由来のCoQ生合成遺伝子は少なくとも8種、シロイヌナズナ由来のCoQ生合成遺伝子は少なくとも6種が相補性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Metabolic engineering of coenzyme Q by modification of isoprenoid side chain in plant. (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Takahashi, Y.Ogiyama, H.Kusano, H.Shimada, M.Kawamukai, K.Kadowaki
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 955-959
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Farnesyl and solanesyl diphosphate synthases localize to glycosomes of Trypanosoma cruzi. (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Ferella, A.Montalvetti, P.Rohloff, K.Miranda, J.Fang, S.Reina, M.Kawamukai, J.Bua, D.Nilsson, C.Pravia, A.Katzin, M.B.Cassera, L.aslund, B.Andersson, R.Docampo, E.J.Bontempi.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 39339-39348
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Metabolic engineering of coenzyme Q by modification of isoprenoid side chain in plant. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakiko Takahashi, Yuki Ogiyama, Hiroaki Kusano, Hiroaki Shimada, Makoto Kawamukai, Koh-ichi Kadowaki.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 955-959
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Farnesyl and solanesyl diphosphate synthases localize to glycosomes of Trypanosoma cruzi. (2006)
  • 著者名/発表者名: Marcela Ferella, Andrea Montalvetti, Peter Rohloff, Kildare Miranda, Jianmin Fang, Silvia Reina, Makoto Kawamukai, Jacqueline Bua, Daniel Nilsson, Carlos Pravia, Alejandro Katzin, Maria B. Cassera, Lena aslund, Bjorn Andersson, Roberto Docampo, Esteban J. Bontempi.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 39339-39348
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Farnesyl and solanesyl diphosphate synthases localize to glycosomes of Trypanosoma cruzi. (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Ferella, A.Montalvetti, O.Rohloff, K.Miranda, J.Fang, S.Reina, M.Kawamukai, J.Bua, D.Nilsson, C.Pravia, A.Katzin, M.B.Cassera, L.aslund, B.Andersson, R.Docampo, E.J.Bontempi.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 281 ページ: 39339-39348
• [雑誌論文] Characterization of solanesyl and decaprenyl diphosphate synthases in mice and humans. (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Saiki, A.Nagata, T.Kainou, H.Matsuda, M.Kawamukai
  • 雑誌名: FEBS J. 56 ページ: 5606-5622
  • NAID: 120007002129
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Batch and fed-batch production of coenzyme Q(10) in recombinant Escherichia coli containing the decaprenyl diphosphate synthase gene from Gluconobacter suboxydans. (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.-C.Park, S.-J.Kim, J.-H.Cho, W.-H.Lee, K.-M.Park, M.Kawamukai, Y.-W.Ryu, J.-H.Seo
  • 雑誌名: Appl. Microbiol. Biotechnol. 67 ページ: 192-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Batch and fed-batch production of coenzyme Q(10) in recombinant Escherichia coli containing the decaprenyl diphosphate synthase gene from Gluconobacter suboxydans. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yong-Cheol Park, Soo-Jung Kim, Jin-Ho Choi, Won-Heong Lee, Kyung-Moon Park, Makoto Kawamukai. Yeon-Woo Ryu anc Jin-Ho Seo.
  • 雑誌名: Appl Microbiol Biotechnol. 67 ページ: 192-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of solanesyl and decaprenyl diphosphate synthases in mice and humans (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Saiki, Ai Nagata, Tomohiro Kainou, Hideyuki Matsuda, Makoto Kawamukai.
  • 雑誌名: FEBS J 56 ページ: 5606-5622
  • NAID: 120007002129
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The AtPPT1 gene encoding 4-hydroxybenzoate polyprenyl diphosphate transferase in ubiquinone biosynthesis is required for embryo development in Arabidopsis thaliana (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Okada, K.Ohara, K.Yazaki, K.Nozaki, N.Uchida, M.Kawamukai, H.Nojiri, H.Yamane
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol. 55 ページ: 567-577
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification and subcellular localization of two solanesyl diphosphate synthases from Arabidopsis thaliana. (2004)
  • 著者名/発表者名: L.Jun, R.Saiki, K.Tatsumi, T.Nakagawa, M.Kawamukai
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 45 ページ: 1882-1888
  • NAID: 10014214887
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular cloning and functional expression of geranylgeranyl pyrophosphate synthase from Coleus forskohlii Briq. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Engprasert, F.Taura, M.Kawamukai, Y.Shoyama
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 18:18 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The AtPPT1 gene encoding 4-hydroxybenzoate polyprenyl diphosphate transferase in ubiquinone biosynthesis is required for embryo development it Arabidopsis thaliana. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Okada, Kazuaki Ohara, Kazufum Yazaki, Kouhei Nozaki, Naonori Uchida, Makotc Kawamukai, Hideaki Nojiri, Hisakazi Yamane.
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol. 55 ページ: 567-577
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular cloning and functional expression of geranylgeranyl pyrophosphate synthase from Coleus forskohlii Brig. (2004)
  • 著者名/発表者名: Surang Engprasert, Futoshi Taura, Makotc Kawamukai, Yukihiko Shoyama.
  • 雑誌名: BNC Plant Biology 18:18 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification and subcellular localization of two solanesyl diphosphate synthases from Arabidopsis thaliana. (2004)
  • 著者名/発表者名: Luo Jun, Ryoichi Saiki, Kei Tatsumi, Tsuyoshi Nakagawa, Makoto Kawamukai.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1882-1888
  • NAID: 10014214887
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular cloning and functional expression of geranylgeranyl pyrophos phate synthase from Coleus forskohlii Briq. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Engprasert, F.Taura, M.Kawamukai, Y.Shoyama.
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 18:18 ページ: 1-8