機能未知酵素ホモログによるアシルCoA代謝調節機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20K05804
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38020:応用微生物学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉田 彩子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (90633686)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 代謝調節 / アシルCoA / 短鎖脂肪酸 / Thermus thermophilus / 機能未知酵素ホモログ / 酢酸応答 / 機能未知タンパク質 / 高度好熱菌

研究開始時の研究の概要

アシルCoAは生物の様々な代謝反応の基質や中間体として働く重要な物質である。本研究では高度好熱菌における2つのアシルCoA代謝酵素について、酵素活性を持たない「機能未知酵素ホモログ」による調節に着目して研究を行う。アシルCoA代謝酵素の調節機構を遺伝生化学、構造生物学などを組み合わせて分子レベルで解明し、調節機構の生理的な役割をアシルCoAが関わる様々な代謝との関連性から明らかにすることを目的としている。

研究成果の概要

補酵素A（CoA）は生物にとって最も重要な補酵素の一つであり、アシルCoAは生体内で起こる様々な化学反応に基質や中間体として関与している。よってアシルCoAの合成に関わる酵素の機能や調節機構を理解することは、細胞内代謝の全体像の理解を目指す上で重要である。本研究では高度好熱菌Thermus thermophilusにおいてアシルCoA合成に関わるCoA転移酵素やアシルCoA合成酵素において、「酵素活性を持たない機能未知酵素ホモログ」がその機能調節に関与するという興味深い現象を見出し、その制御機構を遺伝生化学、分子生物学、構造生物学的な手法を用いて解析した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アシルCoAはアミノ酸や脂肪酸をはじめとした様々な物質のビルディングブロックとして利用されるため、CoATやACSによるアシルCoAの生成は微生物を用いた様々な有用化合物生産においても重要な反応である。これら酵素の制御機構を理解することでより効率的な物質生産系に役立てることができると考えられる。
また、一見するとpseudogeneである酵素ホモログが、実は酵素活性調節や遺伝子発現調節において酵素活性とは別の機能をもつという点は、遺伝子配列からの機能予測の限界を超え、生体内の代謝反応の理解の発展に寄与するものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanisms of Sugar Aminotransferase-like Enzymes to Synthesize Stereoisomers of Non-proteinogenic Amino Acids in Natural Product Biosynthesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa Sumire、Okamura Hironori、Yoshida Ayako、Tomita Takeo、Sone Yusuke、Hasebe Fumihito、Shinada Tetsuro、Takikawa Hirosato、Kosono Saori、Nishiyama Makoto
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 号: 2 ページ: 385-395
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00823
  • 査読あり
• [雑誌論文] A bacterial sulfoglycosidase highlights mucin O-glycan breakdown in the gut ecosystem (2023)
  • 著者名/発表者名: Katoh T, Yamada C, Wallace M, Yoshida A, Gotoh A, Arai M, Maeshibu T, Kashima T, Hagenbeek A, Ojima MN, Takada H, Sakanaka M, Shimizu H, Nishiyama K, Ashida H, Hirose J, Suarez-Diez M, Nishiyama M, Kimura I, Stubbs KA, Fushinobu S, Katayama T
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: - 号: 6 ページ: 778-789
  • DOI: 10.1038/s41589-023-01272-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Immune gene activation by NPR and TGA transcriptional regulators in the model monocot Brachypodium distachyon (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Suzuki H., Uemura T., Nozawa A., Desaki Y., Hoshino R., Yoshida A., Abe H., Nishiyama M., Nishiyama C., Sawasaki T., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 10 号: 2 ページ: 470-481
  • DOI: 10.1111/tpj.15681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Basis for Enzymatic Aziridine Formation via Sulfate Elimination (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, S., Hasebe, F., Okamura, H., Yoshida, A., Matsuda, K., Sone, Y., Tomita, T., Shinada, T., Takikawa, H., Kuzuyama, T., Kosono, S., Nishiyama, M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 号: 35 ページ: 16164-16170
  • DOI: 10.1021/jacs.2c07243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soy and Arabidopsis receptor-like kinases respond to polysaccharide signals from Spodoptera species and mediate herbivore resistance (2020)
  • 著者名/発表者名: Uemura Takuya、Hachisu Masakazu、Desaki Yoshitake、Ito Ayaka、Hoshino Ryosuke、Sano Yuka、Nozawa Akira、Mujiono Kadis、Galis Ivan、Yoshida Ayako、Nemoto Keiichirou、Miura Shigetoshi、Nishiyama Makoto、Nishiyama Chiharu、Horito Shigeomi、Sawasaki Tatsuya、Arimura Gen-ichiro
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 224-224
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0959-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Characterization of a heterodimeric aminotransferase discovered in AmCP-containing biosynthetic gene cluster from Serratia sp. ATCC 39006 (2023)
  • 著者名/発表者名: Heru Pramono, Yuki Hirashima, Koshiro Kikuchi, Ayako Yoshida, Yusuke Sone, Saori Kosono, Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilusのリジン生合成におけるタンパク質間相互作用に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 森田 裕太郎、志村 諒、吉田 彩子、森脇 由隆、富田 武郎、寺田 透、清水 謙多郎、古園 さおり、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] Substrate specificity and evolution of lysine biosynthetic enzymes in Thermus thermophilus (2023)
  • 著者名/発表者名: Wenyuan Shi, Ayako Yoshida, Saori Kosono, Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] 放線菌Streptomyces lydicus ATCC 25470 におけるアミノ基キャリア質を介して生産される新規二次代謝産物とその生合成に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林 勇太、曽根 祐輔、吉田 彩子、古園 さおり、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] タンパク質間相互作用を介したCoA転移酵素の新規調節機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子
  • 学会等名: 第22回 酵素応用シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 機能未知代謝酵素ホモログが関与する短鎖アシルCoA代謝調節機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子、西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質間相互作用を介したCoA転移酵素の新規調節機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子
  • 学会等名: 第22回 酵素応用シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Function and regulation of acyl-CoA synthetases from Thermus thermophilus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayako Yoshida, Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 2nd Japan-Switzerland-Germany Workshop on Biocatalysis and Bioprocess Development
  • 国際学会
• [学会発表] 高度好熱菌由来CoA transferaseの制御タンパク質の構造機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子、山本寛之、富田武郎、西山真
  • 学会等名: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilus HB27における短鎖アシルCoA合成酵素ホモログの構造機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高島慶一郎、吉田彩子、富田武郎、葛山智久、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科アグロバイオテクノロジー研究センター細胞機能工学研究室ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/cbt/index.html
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科附属アグロバイオテクノロジー研究センター細胞機能工学研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/cbt/