甘味タンパク質の構造と呈味発現、苦味抑制機構の解析

• 研究課題/領域番号: 25450167
• 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: 食品科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 桝田 哲哉 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (80311744)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 甘味タンパク質 / ソーマチン / Ｘ線結晶構造解析 / 室温構造解析 / 苦味抑制 / thaumatin / sweet taste / bitter taste / X-ray crystallography / XFEL / atomic resolution / room temperature / radiation damage / taste / sweetness / bitterness / x-ray crystallization

研究成果の概要

ソーマチンIIの分解能0.99Åの構造を決定し、甘味受容体との相互作用には側鎖の揺らぎが重要であるという新しい知見を得た。X線自由電子レーザーにより室温条件下で放射線損傷のない構造を決定した。酸性アミノ酸残基に点変異を導入することで甘味度を強化することに成功した。この知見を踏まえソーマチンと甘味受容体の相互作用予測が可能となり、ソーマチンの高甘味度化は受容体との接触領域を増加させた結果もたらされる可能性を示唆した。苦味抑制効果について苦味受容体を培養細胞に安定発現させた細胞アッセイ系を用い、官能検査に依らず、客観的にソーマチンの苦味抑制作用を確認し、その作用機作の一端を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] フェデリコ2世ナポリ大学(イタリア)
• [雑誌論文] A Hypersweet Protein: Removal of The Specific Negative Charge at Asp21 Enhances Thaumatin Sweetness. (2016)
  • 著者名/発表者名: Masuda, T., Ohta, K., Ojiro, N., Murata, K., Mikami, B., Tani, F., Temussi, P.A., and Kitabatake, N.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep20255
  • NAID: 120005702814
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Precipitation of sword bean proteins by heating and addition of magnesium chloride in a crude extract. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa, K., Masuda, T., Takenaka, Y., Masui, H., Tani, F., and Arii, Y.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 29 号: 8 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1164587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-coupled proton transfer mechanism in nitrite reductase revealed by femtosecond crystallography. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Y, Tse KM, Nakane T, Nakatsu T, Suzuki M, Sugahara M, Inoue S, Masuda T, Yumoto F, Matsugaki N, Nango E, Tono K, Joti Y, Kameshima T, Song C, Hatsui T, Yabashi M, Nureki O, Murphy ME, Inoue T, Iwata S, Mizohata E.
  • 雑誌名: PNAS 巻: 113 号: 11 ページ: 2828-2933
  • DOI: 10.1073/pnas.1517770113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Native sulfur/chlorine SAD phasing for serial femtosecond crystallography. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakane T, Song C, Suzuki M, Nango E, Kobayashi J, Masuda T, Inoue S, Mizohata E, Nakatsu T, Tanaka T, Tanaka R, Shimamura T, Tono K, Joti Y, Kameshima T, Hatsui T, Yabashi M, Nureki O, Iwata S, Sugahara M.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 巻: 71 号: 12 ページ: 2519-25
  • DOI: 10.1107/s139900471501857x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grease matrix as a versatile carrier of proteins for serial crystallography. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sugahara M, Shimamura T, et al.
  • 雑誌名: Nat Methods. 巻: 12 号: 1 ページ: 61-63
  • DOI: 10.1038/nmeth.3172
  • NAID: 120005682565
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic structure of recombinant thaumatin II reveals flexible conformations in two residues critical for sweetness and three consecutive glycine residues. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masuda, T., Mikami, B., Tani, F.
  • 雑誌名: Biochimie. 巻: 106 ページ: 33-38
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2014.07.016
  • NAID: 120005682566
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 甘味タンパク質の構造機能相関、ソーマチンから見えてきたこと (2014)
  • 著者名/発表者名: 桝田哲哉
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 52 ページ: 23-32
  • NAID: 130004808931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Five amino acid residues in cysteine-rich domain of human T1R3 were involved in the response for sweet-tasting protein, thaumatin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Masuda T., Taguchi, W., Sano, A., Ohta, K., Kitabatake, N., and Tani, F.
  • 雑誌名: Biochimie 巻: 95 号: 7 ページ: 1502-1505
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2013.01.010
  • NAID: 120005293582
  • 査読あり
• [雑誌論文] 甘味タンパク質ソーマチンと甘味受容体との応答特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桝田哲哉、谷史人
  • 雑誌名: 生体の科学、増大特集 細胞表面受容体 巻: 64 ページ: 432-433
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンの甘味強化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、太田 圭介、小代 奈央子、村田 一輝、三上 文三、谷 史人、Temussi Piero、 北畠 直文
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-03-28
• [学会発表] シリアル結晶学における重原子誘導体を用いた位相決定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下 恵太郎、潘 東青、長谷川 和也、菅原 道泰、村井 智洋、小段 篤史、溝端 栄一、鈴木 守、桝田 哲哉、平田 邦生、加藤 博章、吾郷 日出夫、熊坂 崇、山本 雅貴、中津 亨
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2015-10-17
• [学会発表] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、北畠 直文、三上 文三、谷 史人
  • 学会等名: 食品酵素化学研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-09-12
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチン Asp21 変異体の構造活性相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-27
• [学会発表] 高分解能 X 線結晶構造解析による甘味タンパク質ソーマチンと苦味物質の相互作用解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大久保 喬平、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-27
• [学会発表] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-08-27
  • 招待講演
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンの連続フェムト秒結晶構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、南後 恵理子、菅原 道泰、鈴木 守、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Park Jaehyun、Song Changyong、初井 宇記、矢橋 牧名、大久保 喬平、三上 文三、北畠 直文、谷 史人、岩田 想
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] SACLAにおけるシリアルフェムト秒Ｘ線結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 智之、南後 恵理子、菅原 道泰、鈴木 守、桝田 哲哉、山下 鮎美、田中 里枝、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Jaehyun Park、Changyong Song、初井 宇記、矢橋 牧名、潘 東青、島村 達郎、溝端 栄一、北郷 悠、岩田 想
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [学会発表] 卵白リゾチームの甘味特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、北畠 直文、谷 史人
  • 学会等名: 食品酵素化学研究会
  • 発表場所: 大阪府立大学I-site難波
  • 年月日: 2014-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチン Asp21 変異体の構造活性相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 中村学園大学
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-30
• [学会発表] 非可食部に由来する不溶性多糖類ナノファイバーの物性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 二村 健太、阿部 賢太郎、桝田 哲哉、松宮 健太郎、南部 優子、松村 康生、矢野 浩之、谷 史人
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 中村学園大学
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-30
• [学会発表] XFELを用いた創薬ターゲット蛋白質の迅速構造解析法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南後 恵理子、田中 智之、鈴木 守、桝田 哲哉、山下 鮎美、田中 里枝、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Jaehyun Park、Changyong Song、初井 宇記、矢橋 牧名、潘 東青、島村 達郎、溝端 栄一、北郷 悠、石谷 隆一郎、湯本 史明、岩田 想、
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜
  • 年月日: 2014-06-27
• [学会発表] Structure-sweetness relationships in the sweet-tasting protein, thaumatin (2014)
  • 著者名/発表者名: Masuda, T., Sano, A., Murata, K., Ohta, K., and Tani, F.
  • 学会等名: Food Structure Functionality Symposium
  • 発表場所: Amsterdam, The Netherlands.
  • 年月日: 2014-04-01
• [学会発表] Structure-sweetness relationships in the sweet-tasting protein, thaumatin (2014)
  • 著者名/発表者名: Masuda, T., Sano, A., Murata, K., Ohta, K., and Tani, F
  • 学会等名: Food Structure and Functionality Forum Symposium
  • 発表場所: Amsterdam
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンの甘味発現機構の解明
  • 著者名/発表者名: 佐野 文音、村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • 学会等名: 日本農芸化学会、関西支部大会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンと甘味受容体との応答特性
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、田口 若奈、佐野 文音、太田 圭介、 北畠 直文、 谷 史人
  • 学会等名: 日本栄養・食糧学会、近畿支部大会
  • 発表場所: 滋賀県立大学
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンの高分解能構造解析
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、村田 一輝、佐野 文音、三上 文三、北畠 直文、谷 史人
  • 学会等名: 甘味タンパク質ソーマチンの高分解能構造解析、日本農芸化学会
  • 発表場所: 県立広島大学
• [学会発表] 甘味タンパク質ソーマチンの苦味抑制作用
  • 著者名/発表者名: 桝田 哲哉、塚原 礼恵、太田 圭介、北畠 直文、谷 史人
  • 学会等名: 日本食品科学工学会
  • 発表場所: 実践女子大学
• [図書] 化学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桝田哲哉
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/160203_1.html
• [備考] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160204_2/