腸内細菌が有する酵素特異的な専用シャペロンによるフォールディングメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 18K14388
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分38030:応用生物化学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山田 千早 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30747944)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: シャペロン / 腸内細菌 / フォールディング / X線結晶構造解析 / 結晶構造解析 / ビフィズス菌 / 細胞外

研究成果の概要

Bifidobacterium longum由来の母乳オリゴ糖分解酵素（LnbX）に対して特異的に作用するシャペロン（LnbY）が発見されたが、相同配列が既知のシャペロンに限らず見つからないため機能を推測することができていない。そこで本研究課題では、LnbXの下流に存在し菌体外で働くと推測される専用シャペロンLnbYによるLnbXのフォールディング作用機構を明らかにすることを目的とした。
シャペロンの構造解析に関して、これまで結晶構造解析に成功していなかったLnbYのホモログであるBsaYの結晶構造を分解能2.18 Åで明らかにすることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般的にタンパク質の折りたたみを担う分子シャペロンと呼ばれるものは、さまざまなタンパク質に作用し折りたたむ。しかし、専用のシャペロンによるタンパク質の折りたたみがどう行われるかを明らかにするために、シャペロンの結晶構造解析に成功した。構造情報をもとに相互作用するアミノ酸残基を他の残基に変えて折りたたみしなくなるかどうか確認しているところである。タンパク質の折りたたみ機構に関する新規な機構を明らかにすることで、新たな知見を提供することができる。

研究成果

• [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)
• [国際共同研究] Technical University of Denmark(デンマーク)
• [雑誌論文] Crystal structures of glycoside hydrolase family 136 lacto-N-biosidases from monkey gut- and human adult gut bacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Chihaya Yamada, Takane Katayama , Shinya Fushinobu
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 4 ページ: 464-475
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Butyrate producing Clostridiales utilize distinct human milk oligosaccharides correlating to early colonization and prevalence in the human gut (2020)
  • 著者名/発表者名: Michael Jakob Pichler, Chihaya Yamada, Bashar Shuoker, Maria Camila Alvarez-Silva, Aina Gotoh, Maria Louise Leth, Erwin Schoof, Toshihiko Katoh, Mikiyasu Sakanaka, Takane Katayama, Chunsheng Jin, Niclas G. Karlsson, Manimozhiyan Arumugam, Shinya Fushinobu, Maher Abou Hachem
  • 雑誌名: Nature communications 巻: －
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 霊長類腸内細菌由来母乳オリゴ糖分解酵素と専用シャペロンのX線結晶構造解析とBioSAXS (2022)
  • 著者名/発表者名: 星野菜摘、山田千早、清水伸隆、荒川孝俊、片山高嶺、伏信進矢
  • 学会等名: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] GH136に属するラクト-N-ビオシダーゼ特異的に作用する 専用シャペロンの結晶構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星野菜摘、山田千早、片山高嶺、伏信進矢
  • 学会等名: 日本農芸化学会関東支部大会
• [学会発表] GH136に属するラクト-N-ビオシダーゼホモログの結晶構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田千早、片山高嶺、伏信進矢
  • 学会等名: 日本農芸化学会