代謝工学利用を目指したアーキア由来新奇メバロン酸経路の解明

• 研究課題/領域番号: 23580111
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 邊見 久 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (60302189)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2011年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 酵素 / 微生物 / 生体分子 / イソプレノイド / メバロン酸経路 / アーキア / 代謝 / フラビン酵素

研究概要

一部反応が未同定であったアーキアのメバロン酸経路について、無細胞抽出液による放射標識基質の変換試験や、既知酵素ホモログの機能同定を行った。その結果、Sulfolobus属アーキアからはアーキアにおいて例外的な古典的メバロン酸経路を、Thermoplasma属アーキアからは3-ホスホメバロン酸を経由する新奇な変形メバロン酸経路を見出した。
また、Sulfolobus属アーキア由来のタイプ２イソペンテニル二リン酸イソメラーゼとジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼについてX線結晶構造解析を進め、得られた構造および種々の分析結果から、新奇な触媒機構や活性制御機構、および耐熱化機構を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] (R)-mevalonate 3-phosphate is an intermediate of the mevalonate pathway in Thermoplasma acidophilum (2014)
  • 著者名/発表者名: Azami, Y., Hattori, A., Nishimura, H., Kawaide, H., Yoshimura, T. & Hemmi, H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geranylgeranyl reductase and ferredoxin from Methanosarcina acetivorans are required for the synthesis of fully reduced archaeal membrane lipid in Escherichia coli cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Isobe, K. et al.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 196 号: 2 ページ: 417-423
  • DOI: 10.1128/jb.00927-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] (R)-mevalonate 3-phosphate is an intermediate of the mevalonate pathway in Thermoplasma acidophilum (2014)
  • 著者名/発表者名: Azami, Y. et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: in press 号: 23 ページ: 15957-15967
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.562686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical evidence supporting the presence of the classical mevalonate pathway in the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H., Azami, Y., Miyagawa, M., Hashimoto, C., Yoshimura, T. & Hemmi, H.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: vol. 153 ページ: 415-420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate specificity of undecaprenyl diphosphate synthase from the hyperthermophilic archaeon Aeropyrum pernix. (2013)
  • 著者名/発表者名: Mori, T. et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 436 号: 2 ページ: 230-234
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.05.081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical evidence supporting the presence of the classical mevalonate pathway in the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H. et al.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: in press 号: 5 ページ: 415-420
  • DOI: 10.1093/jb/mvt006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakatani, H., Goda, S., Unno, H., Nagai, T., Yoshimura, T. & Hemmi, H.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: vol. 194 ページ: 3216-3224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakatani, H.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 巻: 194(in press) 号: 12 ページ: 3216-3224
  • DOI: 10.1128/jb.00068-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Archaeal phospholipid biosynthetic pathway reconstructed in Escherichia coli. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yokoi, T. et al.
  • 雑誌名: Archaea 巻: 2012 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1155/2012/438931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Covalent modification of reduced flavin mononucleotide in type-2 isopentenyl diphosphate isomerase by active-site-directed inhibitors (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagai, T., Unno, H., Janczak, M.W., Yoshimura, T., Poulter, C.D. & Hemmi, H.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: vol. 108 ページ: 20461-20466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and mutation analysis of archaeal geranylgeranyl reductase (2011)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, D., Fujihashi, M., Iwata, Y., Murakami, M., Yoshimura, T., Hemmi, H. & Miki, K.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 409 ページ: 543-557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Connected cavity structure enables prenyl elongation across the dimer interface in mutated geranylfarnesyl diphosphate synthase from Methanosarcina mazei (2011)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., Yoshimura, T. & Hemmi, H.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 409 ページ: 333-337
  • 査読あり
• [学会発表] A third alternative mevalonate pathway from Thermoplasma acidophilum (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi, Yasuhiro Azami, Ai Hattori, Hiroshi Kawaide and Tohru Yoshimura
  • 学会等名: 1^<st> US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researchers
  • 発表場所: Tokyo Institute of Technology
• [学会発表] A third alternative mevalonate pathway from Thermoplasma acidophilum (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi et al.
  • 学会等名: US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products For Young Researcher
  • 発表場所: Tokyo Technology Institute
• [学会発表] 好熱好酸性アーキアSulfolobus solfataricus由来ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの立体構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部愛、海野英昭、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 第23回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 東京大学農学部中島董一郎ホール
  • 年月日: 2013-09-14
• [学会発表] 好熱性アーキア由来ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの結晶構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部愛、海野英昭、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼにおけるフラビン補酵素の触媒機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 邊見久
  • 学会等名: 2013年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 好熱性アーキア由来ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの結晶構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部 愛ら
  • 学会等名: 第８６回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 好熱好酸性アーキアSulfolobus solfataricus由来ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの立体構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部 愛ら
  • 学会等名: 第２３回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼにおけるフラビン補酵素の触媒機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 邊見 久
  • 学会等名: 2013年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
• [学会発表] 基質により誘導される好熱性アーキア由来タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの四次構造変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中谷仁美、郷田秀一郎、海野英昭、長井拓也、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 第22回ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 新潟大学駅南キャンパス「ときめいと」
  • 年月日: 2012-09-29
• [学会発表] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi
  • 学会等名: 新学術領域「生合成マシナリー」第4回若手シンポジウム(第8回生合成勉強会)
  • 発表場所: 静岡県立大学
  • 年月日: 2012-08-25
• [学会発表] mechanism-based inhibitorを用いたタイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの反応機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 邊見久
  • 学会等名: 2012年度酵素・補酵素研究会
  • 発表場所: 名古屋大学野依記念学術交流館
• [学会発表] Sulfolobus solfataricusにおけるメバロン酸経路の酵素学的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 生明靖裕、西村泰斗、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 日本Archaea研究会第25回講演会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス
• [学会発表] 好熱性アーキア由来タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの四次構造に対する基質結合の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中谷仁美、郷田秀一郎、海野英昭、長井拓也、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 2012年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学
• [学会発表] Archaeal phospholipid biosynthesis pathway reconstructed in E. coli (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi
  • 学会等名: The International Conference of Natural Product Biosynthesis
  • 発表場所: Awaji, Hyogo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Chain length determination mechanism of geranylfarnesyl diphosphate synthase from methanogenic archaeon Methanosarcina mazei (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuya Ogawa
  • 学会等名: The International Conference of Natural Product Biosynthesis
  • 発表場所: Awaji, Hyogo, Japan
• [学会発表] Sulfolobus solfataricusにおけるメバロン酸経路の酵素学的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 生明靖裕
  • 学会等名: 日本Archaea研究会第25回講演会
  • 発表場所: 関西学院大学(西宮市)
• [学会発表] mechanism-based inhibitorを用いたタイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの反応機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 邊見 久
  • 学会等名: 2012年度酵素・補酵素研究会
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)
• [学会発表] 生合成マシナリーへのアーキア酵素組み込みによる非天然イソプレノイド化合物の創出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 邊見 久
  • 学会等名: 新学術領域「生合成マシナリー」第4回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
• [学会発表] 代謝経路再構築によるアーキア膜脂質の大腸菌細胞における生産 (2012)
  • 著者名/発表者名: 磯部圭祐
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(博多市)
• [学会発表] 大腸菌での代謝経路再構築によるアーキア型膜脂質の生産 (2012)
  • 著者名/発表者名: 磯部圭祐、横井 宇、吉村 徹、邊見 久
  • 学会等名: 2012年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都市）
• [学会発表] 好熱性アーキア由来タイプ２イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの四次構造に対する基質結合の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中谷仁美、郷田秀一郎、海野英昭、長井拓也、吉村 徹、邊見 久
  • 学会等名: 2012年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都市）
• [学会発表] Sulfolobus属アーキアにおける古典的メバロン酸経路の酵素学的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村泰斗、橋本知佳、吉村徹、邊見久
  • 学会等名: 第21回ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 島根大学大学会館
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼにおけるフラビン補酵素の機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 邊見久
  • 学会等名: 新学術領域「生合成マシナリー」第2回若手シンポジウム(第6回生合成勉強会)
  • 発表場所: 理研鈴木梅太郎ホール(和光市)
  • 年月日: 2011-07-02
• [学会発表] Non-redox catalysis by reduced flavin mononucleotide in type 2 isopentenyl diphosphate isomerase (2011)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi
  • 学会等名: 17^<th> International Symposium on Flavins and Flavoprotein
  • 発表場所: University of California, Berkeley
• [学会発表] 不可逆阻害剤となる基質アナログを用いたタイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの反応機構解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 邊見久、長井拓也、海野英昭、吉村徹
  • 学会等名: 日本ビタミン学会第63回大会
  • 発表場所: 安田女子大学(広島市)
• [学会発表] 不可逆阻害剤となる基質アナログを用いたタイプ２イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの反応機構解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 邊見 久、長井拓也、海野英昭、吉村 徹
  • 学会等名: 日本ビタミン学会第６３回大会
  • 発表場所: 安田女子大学（広島市）
• [学会発表] Non-redox catalysis by reduced flavin mononucleotide in type 2 isopentenyl diphosphate isomerase (2011)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi
  • 学会等名: 17th International Symposium on Flavins and Flavoproteins(招待講演)
  • 発表場所: University of California, Berkeley (USA)
• [学会発表] Structure-function relationship in archaeal geranylgeranyl reductase (2011)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi, Yuki Iwata, Daisuke Sasaki, Masahiro Fujihashi, Motomichi Murakami, Tohru Yoshimura, and Kunio Miki
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Archaea: Ecology, Metabolism & Molecular Biology
  • 発表場所: Waterville Valley Resort, New Hampshire (USA)
• [学会発表] アーキア膜脂質の大腸菌における生産 (2011)
  • 著者名/発表者名: 磯部圭祐、横井 宇、吉村 徹、邊見 久
  • 学会等名: 日本Archaea研究会第２４回講演会
  • 発表場所: 慶応義塾大学先端生命科学研究所（鶴岡市）
• [学会発表] アーキア膜脂質生合成に関わるゲラニルゲラニルレダクターゼの構造機能相関 (2011)
  • 著者名/発表者名: 邊見 久
  • 学会等名: 第８４回日本生化学会大会(招待講演)
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
• [学会発表] Sulfolobus属アーキアにおける古典的メバロン酸経路の酵素学的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村泰斗、橋本知佳、吉村 徹、邊見 久
  • 学会等名: 第２１回ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 島根大学大学会館（松江市）
• [学会発表] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae
  • 著者名/発表者名: 邊見 久
  • 学会等名: 新学術領域「生合成マシナリー」第4回若手シンポジウム
  • 発表場所: 静岡県立大学(静岡市)
• [学会発表] 基質により誘導される好熱性アーキア由来タイプ2イソペンテニル二リン酸イソメラーゼの四次構造変化
  • 著者名/発表者名: 中谷仁美
  • 学会等名: 第22回ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟市)
• [図書] Handbook of Flavoproteins : Volume 1–Oxidases, Dehydrogenases and Related Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Hemmi, H. et al.
  • 出版者: Walter de Gruyter
• [図書] Handbook of Flavoproteins: Volume 1ーOxidases, Dehydrogenases and Related Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hemmi et al.
  • 総ページ数: 358
  • 出版者: de Gruyter