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イソプレノイドの構造多様性を生み出すイソプレン単位間縮合反応のマシナリー

公募研究

研究領域生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学
研究課題/領域番号 17H05437
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードイソプレノイド / プレニルトランスフェラーゼ / 古細菌 / メバロン酸経路 / 脂質 / 酵素 / 微生物 / 生体分子
研究実績の概要

メタン生成古細菌Methanosarcina mazeiに由来するシス型プレニル二リン酸合成酵素について、主に基質特異性に関する解析を進めた結果、同酵素が通常の基質を用いたC-プレニル化反応に加えて、短鎖アルコールをプレニル基受容体基質としたO-プレニル化反応をも触媒できることを明らかにした。このような広い反応性を示すシス型プレニル二リン酸合成酵素の報告は無く、それを可能にする基質認識機構に興味が持たれた。そこでX線結晶構造解析を実施し、同酵素の立体構造を明らかにすることに成功した。
超好熱性古細菌Aeropyrum pernixは炭素数25のプレニル基を疎水性炭素鎖として有するC25古細菌膜脂質を特異的に生産する。我々はすでに、その生合成に関わるプレニル基転移酵素の遺伝子を同一の大腸菌に導入することで、C25古細菌膜脂質を生産させることに成功している。この系の遺伝子の一部を真正細菌由来のプレニル基転移酵素に入れ替えることにより、天然には存在しない、一部C30の炭素鎖を有する古細菌膜脂質の合成に成功した。
古細菌の比較ゲノム解析を行うことで、過去に見出された複数種類のメバロン酸経路のいずれとも異なる変形メバロン酸経路に関与する候補遺伝子を見出し、組換えタンパク質を用いてその酵素活性を明らかにし、メバロン酸経路への関与を証明した。新奇な代謝中間体であるホスホ-trans-アンヒドロメバロン酸を経由する同経路は、大部分の古細菌に分布していると予想されたため、古細菌型メバロン酸経路と命名した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of California-Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Conversion of mevalonate 3-kinase into 5-phosphomevalonate 3-kinase by single amino acid mutations2019

    • 著者名/発表者名
      Motoyama Kento、Sobue Fumiaki、Kawaide Hiroshi、Yoshimura Tohru、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 未定 号: 9

    • DOI

      10.1128/aem.00256-19

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modified mevalonate pathway of the archaeon Aeropyrum pernix proceeds via trans-anhydromevalonate 5-phosphate2018

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Hajime、Motoyama Kento、Sobue Fumiaki、Ito Tomokazu、Kawaide Hiroshi、Yoshimura Tohru、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 号: 40 ページ: 10034-10039

    • DOI

      10.1073/pnas.1809154115

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biosynthetic machinery for C 25 ,C 25 -diether archaeal lipids from the hyperthermophilic archaeon Aeropyrum pernix2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Ryo、Yoshimura Tohru、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      巻: 497 号: 1 ページ: 87-92

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.02.028

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Utilization of an intermediate of the methylerythritol phosphate pathway, (E)-4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate, as the prenyl donor substrate for various prenyltransferases2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Yoshifumi、Ito Tomokazu、Yoshimura Tohru、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 993-1002

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1398064

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of enzymes involved in the mevalonate pathway of Flavobacterium johnsoniae2017

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa, H., Sobue, F., Motoyama, K., Yoshimura, T. & Hemmi, H.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 印刷中 号: 3 ページ: 702-708

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.04.120

    • NAID

      120006331823

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] アーキアに広く保存される「省エネ型」新奇メバロン酸経路を用いた大腸菌でのリコペン生産強化2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2019年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 古細菌型メバロン酸経路の発見2019

    • 著者名/発表者名
      邊見 久
    • 学会等名
      2019年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of lycopene production in E. coli by introducing the “energy saving” mevalonate pathway conserved in archaea2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yoshida, Tohru Yoshimura, Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      2019 SAKURA-Bio Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大腸菌内におけるC25アーキア膜脂質生合成経路の構築2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第2回生合成リデザイン若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Modification of the substrate specificity of mevalonate 3-kinase from the thermophilic archaeon Thermoplasma acidophilum2018

    • 著者名/発表者名
      Kento Motoyama, Tohru Yoshimura, and Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      第2回生合成リデザイン若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] RIトレーサー実験による古細菌メバロン酸経路の解明2018

    • 著者名/発表者名
      邊見 久
    • 学会等名
      第42回国立大学ラジオアイソトープ総合センター長会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] C25アーキア膜脂質生合成経路の解明と大腸菌における合成2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜, 吉村 徹, 邊見 久
    • 学会等名
      日本Archaea研究会第31回講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Picrophilus torridus由来 3,5-ビスホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの結晶構造に基づく機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      青木 瑞希、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第28回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] C25アーキア膜脂質生合成経路の解明と大腸菌における合成2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜, 吉村 徹, 邊見 久
    • 学会等名
      2018年度酵素補酵素研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A novel modified mevalonate pathway identified from a hyperthemophilic archaeon Aeropyrum pernix2018

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi, Hajime Hayakawa, Kento Motoyama, Fumiaki Sobue, Tomokazu Ito, Hiroshi Kawaide, and Tohru Yoshimura
    • 学会等名
      Extremophiles 2018: 12th International Congress of Extremophiles
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modification of the substrate specificity of mevalonate 3-kinase from a thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum2018

    • 著者名/発表者名
      Kento Motoyama, Tohru Yoshimura, and Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      Extremophiles 2018: 12th International Congress of Extremophiles
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 幅広い基質特異性を有するcis-プレニルトランスフェラーゼの構造機能研究2018

    • 著者名/発表者名
      岡田美弥子、江見 晃一、海野 英昭、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 超好熱性アーキアから見出された新奇な変形メバロン酸経路2018

    • 著者名/発表者名
      邊見 久、早川 祝、本山 賢人、祖父江史明、川出 洋、吉村 徹
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Creation of mevalonate decarboxylase for the production of a second-generation biofuel, isoprenol2018

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi
    • 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2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イソプレノイドの構造多様性を生み出すイソプレン単位間縮合反応のマシナリー2018

    • 著者名/発表者名
      邊見 久
    • 学会等名
      生合成リデザイン第5回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アーキアにおけるメバロン酸経路の多様性2018

    • 著者名/発表者名
      邊見 久
    • 学会等名
      第12回日本ゲノム微生物学会年会シンポジウム「アーキアのゲノムバイオロジー~ゲノム研究が解き明かす新しいアーキアの姿~」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌内におけるC25アーキア膜脂質生合成経路の構築2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2018年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 古細菌の耐熱性と膜脂質の関係2017

    • 著者名/発表者名
      邊見 久
    • 学会等名
      第2回バイオサーモロジーワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Diversity and evolution of the mevalonate pathways in archaea2017

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi, Kento Motoyama, Ai Hattori, Hideaki Unno, Hiroshi Kawaide, Tohru Yoshimura
    • 学会等名
      Italy-Japan Joint Symposium “New Trends in Enzyme and Microbial Science in the Translational Biology Era”
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 部位特異的変異導入による好熱性古細菌由来メバロン酸3-キナーゼの基質特異性および触媒機能の改変2017

    • 著者名/発表者名
      本山賢人、川出 洋、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2017年度酵素補酵素研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Mutation-induced conversion of diphosphomevalonate decarboxylase into a kinase2017

    • 著者名/発表者名
      Kento Motoyama, Hideaki Unno, Ai Hattori, Hiroshi Kawaide, Tohru Yoshimura, Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      TERPNET 2017 13th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of IsoprenoidsT
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アーキアにおけるジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼホモログとメバロン酸経路の進化2017

    • 著者名/発表者名
      邊見 久、本山賢人、吉村 徹
    • 学会等名
      日本Archaea研究会第30回講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 部位特異的変異導入によるThermoplasma acidophilum由来メバロン酸3-キナーゼの機能改変2017

    • 著者名/発表者名
      本山賢人、川出 洋、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第27回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Methanosarcina mazei由来ヘテロマー型cis-プレニルトランスフェラーゼの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      江見晃一、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 新規メバロン酸経路を有する非古細菌生物2018

    • 発明者名
      邊見 久、早川 祝、本山賢人、祖父江史明、吉田 稜
    • 権利者名
      名古屋大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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