| 研究課題/領域番号 |
20H02909
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38030:応用生物化学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 征司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90343061)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 脂肪顆粒 / ゴム粒子 / ポリイソプレン / 無細胞翻訳系 / プレニルトランスフェラーぜ / 天然ゴム / 脂肪滴 / イソプレノイド / 無細胞タンパク質合成 / ポリイソプレノイド / プレニルトランスフェラーゼ / プレニル鎖延長酵素 / プレニル鎖延⻑酵素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
代謝工学により有用疎水性化合物を細胞内に高蓄積させるためには、脂肪顆粒（LD）やゴム粒子（RP）などの脂質一重層で覆われた構造のオルガネラへの隔離的貯蔵が重要となる。そのためには、外来酵素をそれらのオルガネラの膜に導入する必要があるが、LDやRPへのタンパク質移行機構は未解明である。本研究では、まず、無細胞タンパク質発現系を利用し、翻訳・折りたたみと共役させながらタンパク質をLDやRPに導入する手法を開発し、その系を用いて移行に必須なタンパク質モチーフとその分子機構を解明する。また、その移行機構を利用し新規ポリイソプレノイド合成酵素をRPやLDに導入することで、新規ポリマー高生産系を構築する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、無細胞タンパク質合成系にクラミドモナス由来の脂肪顆粒（LD）を添加することで，翻訳・フォールディングと共役させながら外来タンパク質をLDに導入する手法を開発した。その手法を用いた機能解析により、LDやゴム粒子（RP）の膜タンパク質の膜結合ドメインが解明された。さらに、その膜結合ドメインを超長鎖trans-1,4-ポリイソプレン（tPI）合成酵素（tPT）に融合させることで、LD膜上にtPTを導入することに成功した。これにより、生成物であるtPIの重合度が10倍に増大することが明らかになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
代謝工学により植物細胞内で有用疎水性化合物を高生産・高蓄積させるためには、細胞への悪影響を回避することが必要となる。LDやRPなどの脂質一重層オルガネラは、疎水性化合物を隔離的に貯蔵することから、それらの膜上に種々の外来酵素を配置することで、反応生成物を膜内部へ効率よく蓄積させる系の構築が可能となる。本研究で解明されたLD膜結合配列は、外来酵素のLD膜上への配置を可能とすることから、その学術的・産業的なインパクトが非常に大きい。また、本研究で初めてtPI合成酵素が同定された。これらの発見の統合により、脂質一重層オルガネラをシンク器官としたポリマーファクトリーセル構築が可能となった。
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