好熱菌酵素を低温高活性化するためのガイドラインの構築

• 研究課題/領域番号: 24560966
• 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: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 東京薬科大学
• 研究代表者: 赤沼 哲史 東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (10321720)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014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); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 酵素工学 / 好熱菌酵素 / 酵素利用

研究成果の概要

高い耐熱性を持つが常温・低温での活性が小さい好熱菌酵素の工業利用を推進するには、低温活性の改善法の確立が望まれる。研究代表者は、本研究以前に２つの好熱菌由来脱水素酵素の低温活性を、補酵素との結合に関わるアミノ酸の置換によって改善した。本研究に於いても同様に補酵素結合アミノ酸の置換によって超好熱菌由来グルコース脱水素酵素の低温高活性化に成功した。つまり、補酵素のアデニンと結合する非極性アミノ酸の側鎖体積をメチル基一つ分変化させることによって、多くの好熱菌由来脱水素酵素の低温高活性化が達成できることを明らかにした。この手法によって、これまで以上に酵素の産業利用を推進できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Cloning and characterization of laccase DNA from the Royal Sun Medicinal Mushroom, Agaricus brasiliensis (Higher Basidiomycetes), (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto-Akanuma, Akanuma S, Motoi M, Yamagishi A, Ohno N..
  • 雑誌名: Int. J. Med. Mush. 巻: 16 号: 4 ページ: 375-393
  • DOI: 10.1615/intjmedmushrooms.v16.i4.80
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the protein interfaces that form an intermolecular four-helix bundle as studied by computer simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Komatsu, Y., Yamada, H., Morikawa, R., Miyakawa, T., Takasu, M., Akanuma, S., Yamagishi, A
  • 雑誌名: Molecular Simulation 巻: 40 号: 6 ページ: 498-503
  • DOI: 10.1080/08927022.2013.824571
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Phi29 DNA polymerase free of amplifiable DNA using ethidium monoazide, an ultraviolet-free light-emitting diode lamp and trehalose (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Yamazaki, H., Akanuma, S., Kanahara, H., Saito, T., Chimuro, T., Kobayashi, T., Ohtani, T., Yamamoto, K., Sugiyama, S., Kobori, T.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 2 ページ: e82624-e82624
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0082624
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-terminal Hydrophobic Amino Acids of Activating Transcription Factor 5 (ATF5) Protein Confer Interleukin 1β (IL-1β)-induced Stabilization. (2014)
  • 著者名/発表者名: Abe T, Kojima M, Akanuma S, Iwashita H, Yamazaki T, Okuyama R, Ichikawa K, Umemura M, Nakano H, Takahashi S, Takahashi Y
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 7 ページ: 3888-3900
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.491217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the low-temperature activity of Sulfolobus tokodaii glucose-1-dehydrogenase mutants (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugii, T., Akanuma, S., Yagi, S., Yagyu, K., Shimoda, Y., Yamagishi, A.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng 巻: *** 号: 4 ページ: 16010-16010
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.03.002
  • NAID: 110009865416
  • 査読あり
• [雑誌論文] 全生物の共通祖先遺伝子の復元 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、山岸明彦
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 72 ページ: 19-23
  • NAID: 40019951563
• [雑誌論文] The simulation study of protein-protein interfaces based on the 4-helix bundle structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M., Komatsu, Y., Morikawa, R., Miyakawa, T., Takasu, M., Akanuma, S., Yamagishi A.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1518 ページ: 606-609
  • DOI: 10.1063/1.4794642
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental evidence for the thermophilicity of ancestral life. (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Akanuma, Yoshiki Nakajima, Shin-ichi Yokobori, Mitsuo Kimura, Naoki Nemoto, Tomoko Mase, Ken-ichi Miyazono, Masaru Tanokura, Akihiko Yamagishi
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci., U. S. A. 巻: 110 号: 27 ページ: 11067-11072
  • DOI: 10.1073/pnas.1308215110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Addition of negatively charged residues can reverse the decrease in the solubility of an acidic protein caused by an artificially introduced non-polar surface patch (2013)
  • 著者名/発表者名: Yagi, S., Akanuma, S., Yamagishi, A.
  • 雑誌名: BBA Proteins and Proteomics 巻: 1844 号: 3 ページ: 553-560
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2013.12.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] 祖先型設計法を用いた耐熱性タンパク質の配列探索 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53 号: 3 ページ: 128-133
  • DOI: 10.2142/biophys.53.128
  • NAID: 10031159063
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constructing protein nano-fiber and estimation of the electronic state around metal ions (2013)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Y, Fukuda M, Yamada H, Kawamoto S, Miyakawa T, Morikawa R, Takasu M, Yokojima S, Akanuma S, Yamagishi A
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 112 号: 24 ページ: 3750-3755
  • DOI: 10.1002/qua.24206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Designing the binding surface of proteins to construct nano-fibers (2013)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Y, Yamada H, Kawamoto S, Fukuda M, Miyakawa T, Morikawa R, Takasu M, Akanuma S, Yamagishi A.
  • 雑誌名: Quantum Systems in Chemistry and Physics: Progress in Theoretical Chemistry and Physics 巻: 26 ページ: 555-567
  • DOI: 10.1007/978-94-007-5297-9_33
  • ISBN: 9789400752962, 9789400752979
  • 査読あり
• [学会発表] Resurrection of ancient proteins to infer the environment temperatures of early life (2014)
  • 著者名/発表者名: Akanuma S
  • 学会等名: 第11回日独先端科学シンポジウム
  • 発表場所: ブレーメン
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-11-02
• [学会発表] Stabilization of industrially useful enzymes by the ancestral design method (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: ノボザイムズ ジャパンバイオテクノロジーフォーラム
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2014-10-24
  • 招待講演
• [学会発表] 好熱菌酵素の効率的低温高活性化改変法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、木村彦乃、筒井聡志、内山清、八木創太、山岸明彦
  • 学会等名: 第66回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] コモノートから遡るアミノ酸の種類 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: 第16回日本進化学会大阪大会
  • 発表場所: 高槻
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [学会発表] Protein simplification to address the amino acid usage of primordial proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Akanuma S, Nakajima Y, Yokobori S, Yamagishi A
  • 学会等名: Origins2014
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [学会発表] 進化情報に基づく古代タンパク質の復元とタンパク質設計への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: 第23回LPS内毒素研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] 古代タンパク質の復元と解析および超好熱性タンパク質設計への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、横堀伸一、山岸明彦
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] 進化情報に基づく酵素の耐熱化設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: 第15回酵素応用シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] 進化情報に基づく古代タンパク質の復元とタンパク質設計への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: 第23回 内毒素・LPS研究会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Enhancing the low-temperature activities of thermophilic dehydrogenases (2013)
  • 著者名/発表者名: Akanuma, S., Yamagishi, A.
  • 学会等名: Thermophiles 2013
  • 発表場所: Regensburg
• [学会発表] Experimentally testing the hypothesis of a limited amino acid repertoire in primitive proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: Akanuma, S., Nakajima, Y., Yokobori, S., Yamagishi, A.
  • 学会等名: International Astrobiology Workshop 2013
  • 発表場所: 相模原
  • 招待講演
• [学会発表] Restricted amino acid usage in proteins as studied by protein simplification engineering of a resurrected ancestral protein (2013)
  • 著者名/発表者名: Akanuma, S., Shimada, M., Nakajima, Y., Yokobori, S., Yamagishi, A.
  • 学会等名: 第27回地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] 全生物共通祖先コモノートの生育温度を実験により推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、中島慶樹、横堀伸一、山岸明彦
  • 学会等名: 第26回日本Archaea研究会講演会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 全生物共通祖先生物の生育温度の実験による推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、中島慶樹、横堀伸一、山岸明彦
  • 学会等名: 日本進化学会第15回大会
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] 遺伝暗号の起源 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史
  • 学会等名: 総研大「惑星科学と生命科学の融合」第3回研究会
  • 発表場所: 北杜
• [学会発表] Empirical estimation of the environmental temperature of the last universal common ancestor (2013)
  • 著者名/発表者名: Akanuma, S., Nakajima, Y., Yokobori, S., Yamagishi, A.
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 酵素の温度適応化：好熱菌酵素の低温高活性化と祖先配列推定による安定化酵素の設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史，林清香，大貫若菜，徳永千尋，杉井太亮，木村彦乃，坂本さやか，八木創太，横堀伸一，山岸明彦
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 低温高活性化した好熱菌由来脱水素酵素変異体の熱力学的解析
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、徳永千尋、下田有希子、木村彦乃、柳生一樹、山岸明彦
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
• [学会発表] 補酵素結合残基の置換による好熱性イソクエン酸脱水素酵素の低温高活性化
  • 著者名/発表者名: 木村彦乃、赤沼哲史、山岸明彦
  • 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（福岡県福岡市）
• [学会発表] NAD+のアデニン環と相互作用する非極性アミノ酸残基の置換による好熱菌由来グルコース脱水素酵素の低温高活性化
  • 著者名/発表者名: 柳生一樹、下田有希子、赤沼哲史、山岸明彦
  • 学会等名: 第２回生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [図書] 「進化分子工学を利用したタンパク質分子育種技術」、進化分子工学 -高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発- (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、山岸明彦
  • 総ページ数: 466
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] 「高機能タンパク質創製技術の現状と展望」、技術予測レポート2023 上巻 (2013)
  • 著者名/発表者名: 玉腰雅忠、八木創太、赤沼哲史、山岸明彦
  • 総ページ数: 324
  • 出版者: 日本能率協会総合研究所
• [図書] Chapter 12. Comparative genomics of thermophilic bacteria and archaea. In: Thermophilic Microbes in Environmental and Industrial Biotechnology (Eds. Satyanarayana, T., Litterchild J., Kawarabayasi, Y) (2013)
  • 著者名/発表者名: Akanuma S, Yokobori S, Yamagishi A
  • 総ページ数: 954
  • 出版者: Springer Science
• [図書] 第９章 全生物の共通祖先、アストロバイオロジー（山岸明彦編集） (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤沼哲史、山岸明彦
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 赤沼哲史
  • URL: http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/akanuma/index.html
• [備考] 東京薬科大学生命科学部 極限環境生物学研究室
  • URL: http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/akanuma/index.html
• [備考] 極限環境生物学研究室
  • URL: http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/
• [備考] 全生物共通祖先生物の生育温度の実験による推定に成功～生命の起源の解明に期待～
  • URL: http://www.toyaku.ac.jp/news/detail/id/2022/publish/1/
• [備考] 極限環境生物学研究室
  • URL: http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/
• [産業財産権] 低温における酵素活性を向上させた好熱菌由来酵素の改変体の取得方法、及び低温における酵素活性が向上しているサーマス・サーモフィラス由来３－イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の改変体 (2014)
  • 発明者名: 赤沼哲史、木村彦乃、山岸明彦、八尾理文
  • 権利者名: 赤沼哲史、木村彦乃、山岸明彦、八尾理文
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-040270
  • 出願年月日: 2014-03-03
• [産業財産権] 白金結合剤、及びその利用 (2013)
  • 発明者名: 山岸明彦、赤沼哲史、新納寛也、内田達也、秋山勇人、八尾理文
  • 権利者名: 山岸明彦、赤沼哲史、新納寛也、内田達也、秋山勇人、八尾理文
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-083104
  • 出願年月日: 2013-04-11