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天然基質の官能基の一部として誤認識される小分子を用いた酵素の誤作動と酵素反応制御

研究課題

研究課題/領域番号 16J02846
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生体関連化学
研究機関名古屋大学

研究代表者

小野田 浩宜  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード基質認識 / シトクロムP450 / ペルオキシゲナーゼ / 酸化酵素 / ヘム蛋白質 / 鍵と鍵穴理論 / 分子認識 / α-酸化 / 生体触媒 / 基質誤認識 / 酸化反応 / 反応場制御 / 過酸化水素 / バイオ燃料
研究実績の概要

多くの生体触媒は、特定の原料を効率的に目的の分子へ変換する為に、高い基質特性を示す。この高い基質特異性により、生体触媒の汎用的な応用が制限されていた。私は、過酸化水素を用いて長鎖脂肪酸を特異的に酸化するCYP152B1を、酢酸水溶液中で扱うだけで、長鎖脂肪酸とは構造の異なる非天然基質の酸化反応を触媒する「基質誤認識システム」を報告していた。本研究では、「汎用的な基質誤認識システム」の開発を目指した。
2017年度までに、好熱性細菌Exiguobacterium sp. AT1bから発見されたCYP152N1の発現系、精製手法の確立と、結晶構造の解析に成功した。この酵素が、過酸化水素を等量的に用いて、1分間あたり1900回転の速さで長鎖脂肪酸のα-位を(S)-選択的に水酸化することを2017年度に報告した。CYP152N1は、脂肪酸特異的なペルオキシゲナーゼであるCYP152A1やCYP152B1と同様に、長鎖脂肪酸のカルボキシル基を認識するので、長鎖脂肪酸以外の基質を酸化することができない。私達は、CYP152B1の活性部位近傍にカルボキシル基を持つグルタミン酸を変異導入することで、A245E変異体が「グルタミン酸のカルボキシル基を長鎖脂肪酸のカルボキシル基と誤認識」し、長鎖脂肪酸以外の基質を酸化する事を2016年度に報告していた。2018年度は、活性部位にグルタミン酸を導入する手法の汎用性を確認するために、CYP152A1 A246E変異体とCYP152N1 A243E変異体を作成し、チオアニソールのスルホキシド化活性とスチレンのエポキシ化活性を評価した。いずれの変異体もスルホキシド化活性とエポキシ化活性を示した。特にCYP152N1 A243E変異体は、野生型の長鎖脂肪酸水酸化反応の触媒活性活性より効率的な、スルホキシド化反応の触媒活性を示した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] The University of Adelaide(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] α-Oxidative decarboxylation of fatty acids catalysed by cytochrome P450 peroxygenases yielding shorter-alkyl-chain fatty acids2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Onoda, Osami Shoji, Kazuto Suzuki, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Yoshihito Watanabe
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 8 号: 2 ページ: 434-442

    • DOI

      10.1039/c7cy02263h

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient hydroxylation of cycloalkanes by co-addition of decoy molecules to variants of the cytochrome P450 CYP102A12018

    • 著者名/発表者名
      Shaghayegh Dezvarei, Hiroki Onoda, Osami Shoji, Yoshihito Watanabe, Stephen G. Bell
    • 雑誌名

      Journal of Inorganic Biochemistry

      巻: 183 ページ: 137-145

    • DOI

      10.1016/j.jinorgbio.2018.03.001

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Substrate-Binding-State Mimic of H2O2-Dependent Cytochrome P450 Produced by One-point Mutagenesis and Peroxygenation of Non-native Substrates2016

    • 著者名/発表者名
      O. Shoji, T. Fujishiro, K. Nishio, Y. Kano, H. Kimoto, S. Chien, H. Onoda, A. Muramatsu, S. Tanaka, A. Hori, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
    • 雑誌名

      Catal. Sci. Tech.

      巻: 6 号: 15 ページ: 5806-5811

    • DOI

      10.1039/c6cy00630b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 脂肪酸特異的ペルオキシゲナーゼを利用した非特異的ペルオキシゲナーゼの反応場開発2019

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第8回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] α-Oxidative Decarboxylation Reaction of Fatty Acid Catalyzed by Fatty Acid Specific Peroxygenase2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Onoda, Osami Shoji, Kazuto Suzuki, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Yoshihito Watanabe
    • 学会等名
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シトクロムP450と過酸化水素を用いた脂肪酸―炭素減炭反応機構の解析2018

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、杉本宏、域宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第18回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 脂肪酸特異的ペルオキシゲナーゼの基質結合状態を模した非特異的ペルオキシゲナーゼの開発2018

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 脂肪酸特異的ペルオキシゲナーゼの反応場解析に基づいた基質寛容性の拡張2018

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第31回生物無機化学夏季セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Analyzing Degradation Mechanism of Fatty Acid to the Next Shorter Fatty Acid Using Hydrogen Peroxide Activated by Cytochrome P450 Peroxygenase2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Onoda, Osami Shoji, Kazuto Suzuki, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Yoshihito Watanabe
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会(2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ペルオキシゲナーゼが触媒する「ワンポット脂肪酸一炭素減炭反応」の機構解析2017

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、鈴木和人、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      生体触媒化学研究会 第19回生体触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] α-Oxidative Decarboxylation Reaction of Fatty Acid Using CYP152N1 peroxygenase2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Onoda, Osami Shoji, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Yoshihito Watanabe
    • 学会等名
      20th International Conference on Cytochrome P450, Biochemistry, Biophysics and Biotechnology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヘム-チオレート酵素と過酸化水素を用いた脂肪酸のα-酸化2017

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、鈴木和人、渡辺芳人
    • 学会等名
      錯体化学研究会「錯体化学若手の会夏の学校2017」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 長鎖脂肪酸ペルオキシゲナーゼを用いたα-酸化的脱炭酸反応2017

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、渡辺芳人
    • 学会等名
      生体機能関連化学部会若手の会 第29回サマースクール
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Acetate Anion Promoted Oxidation of Aromatic Compounds Catalyzed by Fatty Acid-Specific Peroxygenases2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Onoda, Osami Shoji, Yoshihito Watanabe
    • 学会等名
      8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 発表場所
      Auckland, The University of Auckland
    • 年月日
      2016-12-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酢酸水溶液を用いた脂肪酸特異的ペルオキシゲナーゼの基質特性拡張2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、渡辺芳人
    • 学会等名
      第49回酸化反応討論会
    • 発表場所
      徳島、徳島大学 常三島キャンパス
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 脂肪酸特異的ペルオキシゲナーゼの基質結合状態を模した非特異的ペルオキシゲナーゼシステムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜
    • 学会等名
      生物無機化学夏季セミナー
    • 発表場所
      交野市、グリーンビレッジ交野
    • 年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 長鎖脂肪酸と酢酸の誤認識を用いた脂肪酸ペルオキシゲナーゼの基質特異性変換2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、渡辺芳人
    • 学会等名
      第26回バイオ・高分子シンポジウム
    • 発表場所
      東京、東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-07-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 長鎖脂肪酸と酢酸の誤認識を利用した脂肪酸ペルオキシゲナーゼの基質特異性変換2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、加納由紀子、渡辺芳人
    • 学会等名
      第43回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      名古屋市、名古屋大学 野依記念学術交流館
    • 年月日
      2016-06-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 過酸化水素駆動型シトクロムP450による脂肪酸の脱炭酸反応2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、簡 士政、杉本 宏、城 宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第26回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
    • 発表場所
      札幌市、北海道大学 学術交流会館
    • 年月日
      2016-06-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 高濃度酢酸イオンを利用した脂肪酸水酸化酵素の基質特異性変換手法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、杉本 宏、城 宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡市、福岡国際会議場
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 過酸化水素で駆動するシトクロムP450の結晶構造解析と脂肪酸のα-酸化的脱炭酸反応2016

    • 著者名/発表者名
      小野田浩宜、荘司長三、簡 士政、杉本 宏、城 宜嗣、渡辺芳人
    • 学会等名
      統合物質創製化学研究推進機構 キックオフシンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市、名古屋大学 野依記念物質科学研究館
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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