糖質の構造と生理活性の相関解明に向けた機能性糖質の創生

• 研究課題/領域番号: 22K05437
• 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: 新潟大学
• 研究代表者: 中井 博之 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (00400002)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: ホスホリラーゼ / 糖質関連酵素

研究開始時の研究の概要

本研究では、オリゴ糖をはじめとする多種多様な糖質の国際的なリソース拠点形成に向けて、現在までに発見してきた糖質関連酵素群を活用して（新規酵素の探索も継続して行い、適宜補完する）、今後様々な学術研究分野に提供可能な糖質ライブラリーを構築する。さらに、微生物学・免疫学・食品科学的手法にて網羅的に機能性評価を実施し、これまで明らかにされてこなかったバリエーション豊富な糖質の構造と生理活性の相関解明に向けたデータを蓄積する。

研究実績の概要

生体内糖質代謝に関与する糖質加リン酸分解酵素（ホスホリラーゼ）による糖質合成収率は極めて高く、産業上有用な酵素になり得る。しかしながら、既知のホスホリラーゼは他の糖質関連酵素に比べて報告例が少なく、今後生産可能な糖質のバリエーション拡大には新たな反応特異性を示すホスホリラーゼの発見が必須である。近年ゲノム全塩基配列の解読を目標としたゲノムプロジェクトが様々な生物種を対象に実施されており、今後新規なホスホリラーゼの発見の可能性は極めて高い。本研究では、バイオインフォマティクス手法及びメタゲノミクス解析を駆使することにより、生体内糖質代謝を理解する上で生物学的意義から学術的に重要な新規ホスホリラーゼの網羅的探索を行い、得られた新規酵素が触媒する加リン酸分解反応時の基質特異性およびオリゴ糖合成反応時の糖受容体特異性の解明を通して、オリゴ糖ライブラリー構築を試みる。本年度までに、機能未知ホスホリラーゼ遺伝子を有する生物種のゲノムDNAから目的遺伝子をPCR法により単離し、大腸菌による各種組換え酵素の異種宿主発現系を確立した後、本発現系を用いて調製した組換え酵素の機能解析を行った結果、これまで報告例のない新規なホスホリラーゼを発見することが出来た。また、得られた新規酵ホスホリラーゼが触媒するオリゴ糖合成反応を用いて、複数の新規オリゴ糖の合成にも成功した。現在、X線結晶構造解析により新規ホスホリラーゼの立体構造を解明中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

バイオインフォマティクス手法を活用したホスホリラーゼの網羅的探索により、新規酵素を発見できており、オリゴ糖ライブラリーの拡充も達成されていることから、今後の研究進展が大いに期待される。

今後の研究の推進方策

今後、得られた新規ホスホリラーゼのX線構造解析を行い、構造と機能の相関解明に取り組む。また、安価に入手可能な天然糖資源から目的オリゴ糖への高収率変換技術の開発にも取り組む。