アーキアにおける脂質生合成の遺伝生化学的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450338
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西野 徳三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90005827)
• 研究分担者: 邊見 久 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60302189) ; 中山 亨 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80268523)
• キーワード: アーキア / イソプレノイド / プレニルトランスフェラーゼ / 分子進化 / カロテノイド

研究概要

1)前年我々が高度好熱性アーキアSulfolobus solfataricusより単離したヘキサプレニル二リン酸合成酵素は炭素数30のプレニル二リン酸を合成し,中鎖型酵素に分類される.しかし系統解析の結果,同酵素は他の中鎖・長鎖型酵素よりも真核生物由来の短鎖型酵素に近縁であるという極めて興味深い知見が得られた.そこで同酵素において,一般的にプレニル二リン酸合成酵素の生成物鎖長を決定しているとされる部位を,生物起源,機能により様々なタイプに分類される短鎖型酵素の同部位の配列で置換することで,同酵素と各種短鎖型酵素の構造的類似性,およびそれらの進化的関連を明らかにしようと試みた.その結果,系統的に近縁であった真核生物由来のファルネシル二リン酸(炭素数15)タイプの配列への置換により最も効果的に生成物鎖長を変化させ,短鎖型酵素へと変換できることがわかった.一方,系統的に比較的遠い真正細菌,およびアーキア由来の短鎖型酵素タイプの配列への置換は生成物特異性にほとんど影響を与えず,酵素の反応部位の構造は,系統的に近縁な酵素間でより類似していることを示唆する結果を得た.
2)複数種の高度好熱性アーキアよりβカロテン合成酵素遺伝子,ゼアキサンチン合成酵素遺伝子,プレニル基還元酵素遺伝子など,イソプレノイド生合成に関与する酵素遺伝子を多数単離し,大腸菌での組換え発現系を用いて活性確認を行った.その多くは他生物由来の酵素群と比較して非常に独特な構造を有しており,分子進化的にきわめて興味深い存在であった.

研究成果

• [文献書誌] H.Hemmi et al.: "Change of product specificity of hexapronyl diphosphate synthase from sulfdobus solfataricus by introducing mimetic mutations"Biochem. Biophy. Res. Commun.. 297(5). 1096-1101 (2002)
• [文献書誌] Y.Maki et al.: "Dramatic changes in the substrate specificities of prenyl transferase by a single amino acid substitution"J. Md. Catal. B : Enzym.. 19-20. 431-436 (2002)
• [文献書誌] H.Hemmi et al.: "Novel sugar phospho transfrase system applicable to the efficient labelling of the compounds synthesized via the non-mevalorate pathway in Escherichia coli"J. Biosci. Bioeng.. 93(5). 515-518 (2002)
• [文献書誌] M.Nagaki et al.: "Substrate specificity of themostable farresyl diphosphate synthase with respect to 4-alkyl group homologs of isopentenyl diphosphate"J. Mol. Catal. B : Enzym.. 17(2). 81-89 (2002)