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祖先型L-アミノ酸酸化酵素を軸とするD-アミノ酸誘導体の大量生産に向けた基盤構築

研究課題

研究課題/領域番号 21K05395
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38030:応用生物化学関連
研究機関静岡県立大学

研究代表者

中野 祥吾  静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (80748541)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード祖先型再構成法 / L-アミノ酸酸化酵素 / X線結晶構造解析 / 光学分割 / 物質生産 / 祖先型設計 / D-アミノ酸 / D-アミノ酸合成
研究開始時の研究の概要

本研究では、広基質選択性を有するL-アミノ酸酸化酵素 (AncLAAO) を研究対象とし、本酵素を用いたD-アミノ酸誘導体の微生物生産系の構築に取り組む。AncLAAOの高機能化 (耐熱性と耐久性の向上)、構造機能解析による本酵素の基質認識機構の解明と合理的変異導入による基質選択性改変を実現、L-アミノ酸誘導体をD体へと変換可能な本酵素を軸とする微生物生産系の構築を行う。本研究が完遂されることで、様々なD-アミノ酸誘導体を高純度かつ大量に合成することが可能となり、ペプチド医薬品を含むファインケミカル合成への貢献が期待される。

研究成果の概要

独自開発した酵素アミノ酸配列分類法と祖先型再構成法を融合した手法を用いて、配列データベースから極めて高い耐熱性と耐久性を有する新規な祖先型L-アミノ酸酸化酵素 (HTAncLAAO2) を設計した。HTAncLAAO2のX線結晶構造解析を行い、その構造を決定するとともに、本酵素の基質侵入経路ならびに基質認識機構を明らかにした。合理的設計によりL-Trpに高い活性を示すHTAncLAAO2(W220A)変異体の取得に成功した。デザインした変異体を用いたD,L-Trp誘導体のD体への化学-酵素的変換に成功し、計3つのTrp誘導体について、高い単離収率かつ光学純度でD体を精製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

データベースに登録されている配列の多くは、その機能が同定されておらず未利用資源として存在している。本研究を通してL-アミノ酸酸化酵素を題材としつつ、未利用資源の中から産業応用のポテンシャルを秘めた新規酵素の探索を可能にする技術開発を実現できた。今後ますます増大するであろう配列データの有効利用を実現可能にするための基盤となる研究成果であり、学術的にも社会的にも意義が高いものであると信じている。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 15件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Development of evolutionary algorithm-based protein redesign method2024

    • 著者名/発表者名
      Ozawa Hiroki、Unno Ibuki、Sekine Ryohei、Chisuga Taichi、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      Cell Reports Physical Science

      巻: 5 号: 1 ページ: 101758-101758

    • DOI

      10.1016/j.xcrp.2023.101758

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comprehensive Epitope Analysis of Monoclonal Antibodies Binding to Hen Egg Ovalbumin Using a Peptide Array2024

    • 著者名/発表者名
      Terada Yuko、Akimoto Masanobu、Sakoda Hirofumi、Yamamoto Shunsuke、Kubota Mayuka、Motoyama Tomoharu、Imanaka Yo、Nakano Shogo、Ito Sohei、Kato Shigeki、Ito Keisuke
    • 雑誌名

      Foods

      巻: 13 号: 3 ページ: 407-407

    • DOI

      10.3390/foods13030407

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of an Enzyme Cascade System for the Synthesis of Enantiomerically Pure D‐Amino Acids Utilizing Ancestral L‐Amino Acid Oxidase2024

    • 著者名/発表者名
      Araseki Hayato、Sugishima Narumi、Chisuga Taichi、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: - 号: 8

    • DOI

      10.1002/cbic.202400036

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Ancestral Sortase E that is Applicable in Protein Biomaterial Synthesis2024

    • 著者名/発表者名
      Miyata Azusa、Chisuga Taichi、Kambe Akira、Miyata Ryo、Kawamura Yui、Takeda Hiroyuki、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 14 号: 5 ページ: 3514-3523

    • DOI

      10.1021/acscatal.4c00487

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Definition of an Index Parameter To Screen Highly Functional Enzymes Derived from a Biochemical and Thermodynamic Analysis of Ancestral meso‐Diaminopimelate Dehydrogenases2023

    • 著者名/発表者名
      Araseki Hayato、Kawasaki Mayu、Kambe Akira、Kozuka Kohei、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 24 号: 13

    • DOI

      10.1002/cbic.202200727

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Series Sensory Analysis Provided Important TI Parameters for Masking the Beany Flavor of Soymilk2023

    • 著者名/発表者名
      Masuda Miyu、Terada Yuko、Tsuji Ryoki、Nakano Shogo、Ito Keisuke
    • 雑誌名

      Foods

      巻: 12 号: 14 ページ: 2752-2752

    • DOI

      10.3390/foods12142752

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural and functional analysis of hyper-thermostable ancestral L-amino acid oxidase that can convert Trp derivatives to D-forms by chemoenzymatic reaction2023

    • 著者名/発表者名
      Kawamura Yui、Ishida Chiharu、Miyata Ryo、Miyata Azusa、Hayashi Seiichiro、Fujinami Daisuke、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 6 号: 1 ページ: 200-200

    • DOI

      10.1038/s42004-023-01005-1

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct evaluation of polarity of the ligand binding pocket in retinoid X receptor using a fluorescent solvatochromic agonist2023

    • 著者名/発表者名
      Miura Kizuku、Fujihara Michiko、Watanabe Masaki、Takamura Yuta、Kawasaki Mayu、Nakano Shogo、Kakuta Hiroki
    • 雑誌名

      Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters

      巻: 96 ページ: 129536-129536

    • DOI

      10.1016/j.bmcl.2023.129536

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ligand Screening System for the RXRα Heterodimer Using the Fluorescence RXR Agonist CU-6PMN2023

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Mayu、Motoyama Tomoharu、Yamada Shoya、Watanabe Masaki、Fujihara Michiko、Kambe Akira、Nakano Shogo、Kakuta Hiroki、Ito Sohei
    • 雑誌名

      ACS Medicinal Chemistry Letters

      巻: 14 号: 3 ページ: 291-296

    • DOI

      10.1021/acsmedchemlett.2c00509

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical Interaction Analysis of Proteins by a Random Forest-Fragment Molecular Orbital (RF-FMO) Method and Application to Src Tyrosine Kinase2023

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Yuta、Nakano Shogo、Shigeta Yasuteru
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 号: 1 ページ: 42-47

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220304

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reaction Mechanism of Ancestral <scp>l</scp>-Lys α-Oxidase from <i>Caulobacter</i> Species Studied by Biochemical, Structural, and Computational Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Motoyama Tomoharu、Yamamoto Yuta、Ishida Chiharu、Hasebe Fumihito、Kawamura Yui、Shigeta Yasuteru、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 48 ページ: 44407-44419

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c06334

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enzymatic Conjugation of Modified RNA Fragments by Ancestral RNA Ligase AncT4_22022

    • 著者名/発表者名
      Kajimoto Shohei、Ohashi Miwa、Hagiwara Yusuke、Takahashi Daisuke、Mihara Yasuhiro、Motoyama Tomoharu、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 88 号: 23

    • DOI

      10.1128/aem.01679-22

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstruction of Hyper‐Thermostable Ancestral L‐Amino Acid Oxidase to Perform Deracemization to D‐Amino Acids2021

    • 著者名/発表者名
      Ishida Chiharu、Miyata Ryo、Hasebe Fumihito、Miyata Azusa、Kumazawa Shigenori、Ito Sohei、Nakano Shogo
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 13 号: 24 ページ: 5228-5235

    • DOI

      10.1002/cctc.202101296

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic mechanism of ancestral L-lysine oxidase assigned by sequence data mining2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Sayaka、Nakano Shogo、Niwa Masazumi、Hasebe Fumihito、Matsui Daisuke、Ito Sohei
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 297 号: 3 ページ: 101043-101043

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.101043

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of a Full‐Consensus Glutamate Decarboxylase and Its Application to GABA Biosynthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Takagi Hiroshi、Kozuka Kohei、Mimura Kenta、Nakano Shogo、Ito Sohei
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: - 号: 8

    • DOI

      10.1002/cbic.202100447

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] タンパク質インシリコ分子進化法の開発と実験的検証2024

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      予知生合成 第三回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ファインケミカル合成に応用可能な祖先型酵素群の開発2024

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      日本薬学会第144回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ネットワーク理論に基づく酵素ホモログ配列分類法の開発と応用2023

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      「高速分子動画」若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 進化的計算法による高機能化タンパク質のデザイン2023

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      第23回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design of Ancestral Sortase E that can apply to synthesize protein materials2023

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nakano
    • 学会等名
      The 67th annual meeting of Australian Society for Biochemistry & Molecular Biology (ASBMB2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 配列データベースから取得した祖先型Sortase Eの機能解析と応用2023

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アミノ酸配列に刻まれた進化情報を利用した高機能化タンパク質の創出2023

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      新資源生物変換研究会 第3回公開勉強会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遺伝的アルゴリズムと立体構造を用いた高機能化酵素デザイン2022

    • 著者名/発表者名
      中野祥吾
    • 学会等名
      物性研短期研究会「理論タンパク質物性科学の最前線:理論と実験との密な協働」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of genetic algorithm-based consensus protein design method to generate highly functional enzymes2022

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nakano
    • 学会等名
      Active Enzyme Molecule 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] インシリコでの人工酵素配列設計と酵素探索2022

    • 著者名/発表者名
      中野 祥吾
    • 学会等名
      第61回 澱粉研究懇談会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design of artificial L-amino acid oxidases generated by ancestral sequence reconstruction which can apply to deracemize to aromatic D-amino acid derivatives2021

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nakano
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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