リジン生合成およびその制御機構の解明に向けた構造生物学的研究

• 研究課題/領域番号: 21380057
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西山 真 東京大学, 生物生産工学研究センター, 教授 (00208240)
• 研究分担者: 富田 武郎 東京大学, 生物生産工学研究センター, 助教 (50447364)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2011年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2010年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2009年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: 微生物酵素 / 構造生物学 / リジン生合成 / ロイシン生合成 / 超好熱性古細菌 / アルギニン生合成 / 機能分化 / キャリアタンパク質 / X線結晶構造解析 / フィードバック阻害 / ホモクエン酸合成酵素 / アスパラギン酸キナーゼ

研究概要

リジン生合成経路には大きく2つのタイプが存在する。本研究により、それぞれの生合成経路における鍵酵素の活性調節機構を初めて明らかにすることに成功した。また、αアミノアジピン酸を経るリジン生合成経路の後半においては、LysWと名付けたタンパク質が基質のアミノ基の保護基となるだけでなく、生合成酵素のキャリアタンパク質としても機能することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of lysine biosynthesis in the phylum Deinococcus-Thermus (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Nishida, M.Nishiyama
  • 雑誌名: International Journal of Evolutionary Biology 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for leucine-induced allosteric activation of glutamate dehydrogenase (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Tomita, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 286 ページ: 37841-37848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Convergent strategies in biosynthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Dairi, T. Kuzuyama, M. Nishiyama, and I. Fujii
  • 雑誌名: Nat Prod Rep 巻: 28 ページ: 1054-1086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hetero-oligomeric glutamate dehydrogenase from Thermus thermophilus (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tomita, T. Miyazaki. J. Miyazaki, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 156 ページ: 3801-3813
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of concerted inhibition ofα_2β_2-type heterooligomeric aspartate kinase from Corynebacterium glutamicum (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshida, T. Tomita, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 285 ページ: 27477-27486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of latent 3-isopropylmalate dehydrogenase activity of promiscuous homoisocitrate dehydrogenase by directed evolution (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, K. Asada, J. Miyazaki, T. Tomita, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Biochem J 巻: 431 ページ: 401-410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of substrate recognition and insight into feedback inhibition of homocitrate synthase from Thermus thermophilus (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Okada, T. Tomita, A. P. Wulandari, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 285 ページ: 4195-4205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of latent 3-isopropylmalate dehydrogenase of promiscuous homoisocitrate dehydrogenase by directed evolution (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Suzuki, ら
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 431 ページ: 401-410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of concerted inhibition of α_2β_2-type heterooligomeric aspartate kinase from Corynebacterium glutamicum (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshida, ら
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 巻: 285 ページ: 27477-27486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of substrate recognition and insight into feedback inhibition of homocitrate synthase from Thermus thermophilus (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Okada, ら
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 巻: 285 ページ: 4195-4205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of proteinaceous N-modification in lysine biosynthesis of Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Horie, T. Tomita, A. Saiki, H. Kono, H. Taka, R. Mineki, T. Fujimura, C. Nishiyama, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Nat Chem Biol 巻: 5 ページ: 673-679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual roles of a conserved pair, Arg23 and Ser20, in recognition of multiple substrates inα-aminoadipate aminotransferase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Ouchi, T. Tomita, T. Miyagawa, Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 388 ページ: 2127-2127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of the regulatory subunit of Thr-sensitive aspartate kinase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshida, T. Tomita, H. Kono, S. Fushinobu, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 276 ページ: 3124-3136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism for multiple-substrates recognition ofα-aminoadipate aminotransferase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Tomita, T. Miyagawa, T. Miyazaki, S. Fushinobu, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Proteins 巻: 75 ページ: 348-359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism for multiple-substrates recognition of α-aminoadipate aminotransferase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomita, T., et al.
  • 雑誌名: Proteins-Structure Function and Bioinformatics 75 ページ: 348-359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of the regulatory subunit of Thr-sensitive aspartate kinase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, A., et al.
  • 雑誌名: FEBS Journal 276 ページ: 3124-3136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of proleinaceous N-modification in lysine biosynthesis of Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Horie A., et al.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 5 ページ: 673-679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual roles of a conserved pair, Arg23 and Ser20, in recognition of multiple substrates in α-aminoadipate aminotransferase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Ouchi, T., et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 388 ページ: 21-27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of substrate recognition and insight into feedback inhibition of homocitrate synthase from Thermus thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Okada T., et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 285 ページ: 4195-4205
  • 査読あり
• [学会発表] リジン・アルギニン生合成機構と進化の解明に向けて (2012)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都市、京都
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] リジン・アルギニン生合成機構と進化の解明に向けて (2012)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Thermococcus kodakarensisにおけるリジン・アルギニン生合成経路の解析 (2012)
  • 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2012年度大会
  • 発表場所: 京都市、京都
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] Analysis of substrate specificity of homoisocitrate dehydrogenase homolog from Thermococcus kodakarensis (2012)
  • 著者名/発表者名: Yin Lulu、西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都市、京都
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] Thermococcus kodakarensisにおけるリジン・アルギニン生合成経路の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] Analysis of substrate specificity of homoisocitrate dehydrogenase homolog from Thermococcus kodakarensis (2012)
  • 著者名/発表者名: Lulu Yin, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] アミノ酸生合成系のパッチワーク仮説 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 理研シンポジウム:生命システム原材料の起源と進化
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-26
• [学会発表] リジン・アルギニン生合成系の共通起源と進化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 第84会日本生化学会大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都市、京都
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] リジン・アルギニン生合成系の共通起源と進化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 日本生化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都国際会議場(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Structural basis for leucine-induced allosteric activation of glutamate dehydrogenase (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 16th Japanese-German Workshop on enzyme Technology
  • 発表場所: 富山、富山
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Directed evolution of homoisocitrate dehydrogenase to 3-isopropylmalate dehydrogenase (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: IUMS2011 Congress
  • 発表場所: 札幌、北海道
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] リジン/アルギニン生合成系の共通祖先および進化の解明に向けて (2011)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2011年度大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都女子大学、京都
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] アミノ酸生合成におけるタンパク質によるアミノ基修飾の普遍性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 東京大学生物生産工学研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 文京区、東京
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] アミノ酸生合成・代謝の調節機構:構造生物学的な視点から (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 東北大学サテライトシンポジウム
  • 発表場所: 仙台、宮城
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] アミノ酸生合成酵素の構造・機能・活性制御に関する基礎・応用研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 第11回酵素応用シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋、愛知
  • 年月日: 2010-06-11
• [学会発表] グルタミン酸脱水素酵素の新規活性調節機構の発見 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真、富田武郎
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会シンポジウム
  • 発表場所: 駒場、東京
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] グルタミン酸脱水素酵素の新規活性調節機構の発見 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真、富田武郎
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会シンポジウム「酵素・タンパク質のユニークな活性調節機構および機能発現の新展開」
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Thermus thermophilusのリジン生合成酵素LysZおよびキャリアタンパク質の構造機能解析 (2010)
  • 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2010年度大会
  • 発表場所: 駒場、東京
  • 年月日: 2010-03-28
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilus由来ホモクエン酸合成酵素の活性調節機構の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡田卓也、西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京、駒場
  • 年月日: 2010-03-28
• [学会発表] IPMDH活性を示すよう分子進化させた改変HICDHの構造と機能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木夢生、西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 駒場、東京
  • 年月日: 2010-03-28
• [学会発表] Thermus thermophilusのリジン生合成酵素LysZおよびキャリアタンパク質LysWの構造機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田彩子, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilus由来ホモクエン酸合成酵素の活性調節機構の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡田卓也, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] IPMDH活性を示すよう分子進化させた改変HICDHの構造と機能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木夢生, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilusのグルタミン酸脱水素酵素(GDH)の活性調節サブユニットGdhAの結晶構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 富田武郎, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] リジン生合成の調節機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 千葉大学COEスタートアッププログラムシンポジウム「代謝変換プログラムの生体制御への応用」
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2010-03-10
• [学会発表] Carrier protein-mediated lysine/arginine biosynthesis in thermophile (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: Japanese-Swiss Meeting on Biotechnology & Bioprocess Development
  • 発表場所: 富山市、富山
• [学会発表] 旧くて新しいアミノ酸生合成研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 富山県立大学生物工学研究センター講演会
  • 発表場所: 富山県立大学、富山
  • 年月日: 2009-12-22
• [学会発表] 旧くて新しいアミノ酸生合成研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 富山県立大学生物工学研究センター講演会
  • 発表場所: 富山県立大学
  • 年月日: 2009-12-22
• [学会発表] Carrier protein-mediated amino acid biosynthesis (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, M.
  • 学会等名: 15^<th> German-Japanese Workshop on Enzyme Technology
  • 発表場所: ドイツ・ロストック大学
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] 好熱菌のユニークなリジン生合成と酵素の構造および機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 「微生物の"生体と生態"研究の最前線」シンポジウム
  • 発表場所: 筑波大学、筑波
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] 好熱菌のユニークなリジン生合成系と酵素の構造および機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 筑波大学プレ戦略イニシアティブシンポジウム「微生物の"生体と生態"研究の最前線」
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilus由来グルタミン酸脱水素酵素における活性調節の分子機構の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 富田武郎, ら
  • 学会等名: 理研シンポジウム(高度好熱菌丸ごと-匹プロジェクト 第8回連携研究会)
  • 発表場所: 理研播磨研
  • 年月日: 2009-08-22
• [学会発表] Thermus thermophilus由来α-アミノアジピン酸アミノ基転移酵素(AAA-AT)の基質認識機構の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大内拓也, ら
  • 学会等名: 理研シンポジウム(高度好熱菌丸ごと-匹プロジェクト 第8回連携研究会)
  • 発表場所: 理研播磨研
  • 年月日: 2009-08-22
• [学会発表] Carrier-protein mediated amino acid biosynthesis
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 15th German-Japanese Workshop on Enzyme Technology
  • 発表場所: Rostoc, Germany
• [図書] バイオサイエンスとインダストリー「リジン生合成の新機構:タンパク質によるアミノ基修飾」 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 総ページ数: 79
  • 出版者: (財)バイオインダストリー協会
• [備考]
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/
• [備考]
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.ip/biotec-res-ctr/saiboukinou/