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セルラーゼ糖質結合モジュールとリグニン間相互作用の高分解能NMRによる解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J20331
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 木質科学
研究機関京都大学

研究代表者

徳永 有希  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードセルラーゼ / 糖質結合モジュール / リグニン / NMR / 相互作用解析 / 化学シフト摂動法
研究実績の概要

木質等のリグノセルロースに含まれるセルロースは最も豊富かつ再生可能な生物資源であり、それを構成するグルコースは化成品や燃料に変換可能である。セルロースをグルコースに分解する手法としてセルラーゼ等の多糖分解酵素を用いた酵素糖化が挙げられるが、セルラーゼがリグニンに吸着し、効率を下げることが課題となっている。このリグニン-セルラーゼ間の非生産的な吸着にはセルラーゼの糖質結合モジュール(CBM)が大きく影響することが知られている。従って、本研究では糸状菌Trichoderma reesei由来セロビオヒドロラーゼI(Cel7A)が有するCBM1(TrCBM1)に着目し、リグニン-TrCBM1間の相互作用を高分解能NMRにより明らかにすることを目的としている。
今年度は安定同位体標識したβ-O-4結合型リグニンオリゴマーモデルを合成し、TrCBM1との相互作用部位を、NMR化学シフト摂動法を用いて原子レベルで明らかにした。13Cラベル化リグニンモデルの2D 1H-13C HSQC NMRスペクトルを測定しつつ、そこにTrCBM1を添加した状態で再度HSQCスペクトルを測定し、シグナルの化学シフトの変化をもとにリグニンモデル上の吸着部位を評価した。重合度が4.16-4.70のリグニンモデルは芳香核由来のシグナルが主に摂動し、脂肪族やメトキシル基由来のシグナルは変化しなかったため、リグニンモデルが芳香核を中心にTrCBM1と相互作用していることが示された。一方で重合度が2.64-3.12の低分子画リグニンモデルでは、芳香核を含めたすべてのシグナルで明確な摂動が示されなかったため、TrCBM1との顕著な相互作用にはリグニンモデルの重合度4以上が必要であることが示された。以上の内容をBiotechnology for Biofuels誌に投稿し、論文発表を行った。本研究では2018年度にTrCBM1上のリグニンに対する吸着部位をアミノ酸残基レベルで明らかにしているため、リグニンとTrCBM1の両側から詳細な相互作用部位の解析を達成している。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Complete NMR assignment and analysis of molecular structural changes of β-O-4 lignin oligomer model compounds in organic media with different water content2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Takashi Watanabe
    • 雑誌名

      Holzforschung

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMR elucidation of nonproductive binding sites of lignin models with carbohydrate-binding module of cellobiohydrolase I2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Takashi Watanabe
    • 雑誌名

      Biotechnology for Biofuels

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1186/s13068-020-01805-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMR Analysis on Molecular Interaction of Lignin with Amino Acid Residues of Carbohydrate-Binding Module from Trichoderma reesei Cel7A2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Takashi Suetomi, Satoshi Oshiro, Keiko Kondo, Masato Katahira and Takashi Watanabe
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1977-1977

    • DOI

      10.1038/s41598-018-38410-9

    • NAID

      120006554877

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Interaction analysis between cellulase carbohydrate-binding module and lignin by ultra-high sensitivity NMR for biorefinery2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Watanabe, Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira
    • 学会等名
      The 11th International Symposium of Advanced Energy Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機溶媒-水系におけるβ-O-4結合型リグニンオリゴマーモデルの2次元NMRスペクトルの帰属と高次構造の解析2020

    • 著者名/発表者名
      德永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第433回生存圏シンポジウム (第17回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウムおよび第10回先進素材開発解析システム(ADAM)シンポジウム)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 様々な合成条件で調製した Dehydrogenation polymerの性状解析2020

    • 著者名/発表者名
      德永有希、渡辺隆司
    • 学会等名
      第71回日本木材学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リグニンオリゴマーモデルとセルラーゼ糖質結合モジュール間の相互作用を原子・分子レベルで可視化するためのNMR 解析2020

    • 著者名/発表者名
      徳永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第70回日本木材学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] セルラーゼ糖質結合モジュールに対するリグニンモデル吸着部位の解析2019

    • 著者名/発表者名
      徳永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第33回セルラーゼ研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Interaction analysis between cellulase carbohydrate-binding module and lignin by ultra-high sensitivity NMR for biorefinery2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Satoshi Ohshiro, Hiroshi Nishimura, Takao Kishimoto, Masaharu Nakamura, Keiko Kondo, Takashi Nagata and Masato Katahira
    • 学会等名
      The 10th International Symposium of Advanced Energy Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR Analysis for Molecular Insight into the Interaction between Lignin and Carbohydrate Binding Module of Cel7A from Trichoderma reesei2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Takashi Watanabe
    • 学会等名
      The 20th ISWFPC (International Symposium on Wood, Fiber, and Pulping Chemistry)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR Study on Binding Sites of 13C Lignin Oligomer Models with Carbohydrate Binding Module of Cel7A from Trichoderma reesei2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Takashi Watanabe
    • 学会等名
      1st International Lignin Symposium Program
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 安定同位体標識リグニンオリゴマーモデルを用いたセルラーゼ糖質結合モジュールとの相互作用解析2019

    • 著者名/発表者名
      徳永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第402回生存圏シンポジウム(第16回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウムおよび第9回先進素材開発解析システム(ADAM)合同シンポジウム)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 13Cラベル化リグニンオリゴマーモデルを用いたセルラーゼ糖質結合モジュールとの相互作用解析2019

    • 著者名/発表者名
      德永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第69回日本木材学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Trichoderma reesei由来Cel7AのCBM1がリグニンに吸着するメカニズムの解析2018

    • 著者名/発表者名
      德永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第32回セルラーゼ研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interaction analysis between cellulase carbohydrate-binding module and lignin by ultra-high sensitivity NMR for biorefinery2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Watanabe, Yuki Tokunaga, Satoshi Ohshiro, Hiroshi Nishimura, Takao Kishimoto, Masaharu Nakamura, Keiko Kondo, Takashi Nagata and Masato Katahira
    • 学会等名
      第9回エネルギー理工学研究所国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR法によるリグニン-セルラーゼ糖質結合モジュール間吸着の解析2018

    • 著者名/発表者名
      德永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第63回リグニン討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NMR化学シフト摂動法を用いたセルラーゼ糖質結合モジュールとリグニン間相互作用の解析2018

    • 著者名/発表者名
      德永有希、永田崇、近藤敬子、片平正人、渡辺隆司
    • 学会等名
      第385回生存圏シンポジウム(第15回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウムおよび第8回先進素材開発解析システム(ADAM)合同シンポジウム)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NMR analysis of Non-productive Binding of Carbohydrate Binding Module of Cellobiohydrolase with Lignin2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tokunaga, Takashi Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Takashi Watanabe
    • 学会等名
      The 3rd Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] セルラーゼとリグニンの相互作用をはじめて分子レベルで包括的に解明

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/190213_1.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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