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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

公募研究

研究領域生合成マシナリー:生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御
研究課題/領域番号 23108531
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) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2012年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードイソプレノイド / アーキア / 膜脂質 / 生合成マシナリー / メバロン酸経路 / 生体分子 / 酵素反応 / 脂質
研究実績の概要

前年度に構築した、大腸菌中でアーキア膜脂質前駆体を生産する生合成マシナリーにさらに2つのメタン生成アーキア由来遺伝子を導入し、通常のアーキア菌体で見られる膜脂質を合成するバクテリア細胞の構築に初めて成功した。導入した遺伝子はゲラニルゲラニル基還元酵素のホモログと、フェレドキシン様タンパク質をコードしており、このフェレドキシン様タンパク質はこれまで見出されていなかった、ゲラニルゲラニル基還元酵素に対する電子供与体だと考えられる。アーキア膜脂質を合成する大腸菌には成長速度の遅延といった表現系は観察されず、アーキアとバクテリアの異なる構造の膜脂質が安定に細胞膜を構築することが示唆された。
さらに、上記のアーキア膜脂質前駆体を与える生合成マシナリーに機能未知なメタン生成アーキア由来遺伝子を導入することにより、膜脂質に対する修飾反応を触媒する新奇酵素の単離に成功した。その一つは二重結合への水和を触媒するものであり、おそらくメタン生成アーキアに見られるヒドロキシアーキオールの生合成に関わるものと推測される。もう一つはゲラニルゲラニル基の部分的な還元反応を触媒するものであるが、既知のゲラニルゲラニル還元酵素とは相同性が無く、その生理的役割に興味が持たれる。
また、イソプレノイド生合成の初期過程であるメバロン酸経路についても研究を進め、好熱性アーキアにおける古典的な同経路の存在を証明した。また、好熱性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において、基質の添加により多量体構造の変化が起き、活性を制御している可能性があることを見出した。これらの成果を生合成マシナリーへと還元することで、アーキア膜脂質を始めとするイソプレノイド化合物の収量改善が期待される。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae2012

    • 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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure and mutation analysis of archaeal geranylgeranyl reductase2011

    • 著者名/発表者名
      Sasaki, D.
    • 雑誌名

      J.Mol.Biol.

      巻: 409 号: 4 ページ: 543-557

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2011.04.002

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 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 mazei2011

    • 著者名/発表者名
      Ogawa, T.
    • 雑誌名

      Biochem.Biophys.Res.Commun.

      巻: 409 号: 2 ページ: 333-337

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2011.05.018

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Covalent modification of reduced flavin mononucleotide in type-2 isopentenyl diphosphate isomerase by active-site-directed inhibitors2011

    • 著者名/発表者名
      Nagai, T.
    • 雑誌名

      Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.

      巻: 108 ページ: 20461-20466

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [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)
    • 年月日
      2013-03-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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)
    • 年月日
      2012-12-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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)
    • 年月日
      2012-12-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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
    • 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)
    • 年月日
      2012-09-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Substrate-induced change in the quaternary structure of type 2 isopentenyl diphosphate isomerase from Sulfolobus shibatae2012

    • 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)
    • 年月日
      2012-08-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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)
    • 年月日
      2012-07-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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)
    • 年月日
      2012-07-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Archaeal phospholipid biosynthesis pathway reconstructed in E. coli2012

    • 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
    • 年月日
      2012-06-17
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Chain length determination mechanism of geranylfarnesyl diphosphate synthase from methanogenic archaeon Methanosarcina mazei2012

    • 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
    • 年月日
      2012-06-17
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [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
      中谷仁美
    • 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)
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [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
    • 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)
    • 年月日
      2012-03-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [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
    • 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(松江市)
    • 年月日
      2011-11-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [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
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都市)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [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
    • 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)
    • 年月日
      2011-09-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Structure-function relationship in archaeal geranylgeranyl reductase2011

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Archaea : Ecology, Metabolism & Molecular Biology
    • 発表場所
      Waterville Valley Resort, New Hampshire (USA)
    • 年月日
      2011-08-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Non-redox catalysis by reduced flavin mononucleotide in type 2 isopentenyl diphosphate isomerase2011

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      17^<th> International Symposium on Flavins and Flavoproteins
    • 発表場所
      University of California, Berkeley (USA)(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [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
    • 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)
    • 年月日
      2011-06-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] Handbook of Flavoproteins: Volume 1ーOxidases, Dehydrogenases and Related Systems2012

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi et al.
    • 総ページ数
      358
    • 出版者
      de Gruyter
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-31   更新日: 2018-03-28  

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