超好熱始原菌T.kodakaraensis KOD1の全遺伝子機能解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14103011
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 今中 忠行 京都大学, 工学研究科, 教授 (30029219)
• 研究分担者: 福居 俊昭 京都大学, 工学研究科, 助手 (80271542) ; 跡見 晴幸 京都大学, 工学研究科, 助教授 (90243047)
• キーワード: ゲノム科学 / 遺伝子機能解明 / 超好熱菌 / Thermococcus / proteome / 遺伝子破壊 / 始原菌 / DNA chip

研究概要

本年度の研究成果は主に以下の通りである。
1)新型酵素の発見:酵素活性が検出されているものの、超好熱菌ゲノム上に従来酵素と相同性・を示す遺伝子が存在しないタンパク質は多数存在する。糖代謝に関与するfructose 1,6-bisphosphate aldolase、fructose 1,6-bisphosphataseなどはその代表例であるが、我々はこれらをコードする遺伝子を同定し、構造的に新規な酵素であることを明らかにした。
2)新規代謝系の発見:Celluloseやchitinの生分解については主に細菌やカビで研究されてきたが、これらのβ-多糖は一般にその結晶性構造のために可溶性や非結晶性の基質に比べ分解されにくい。我々はKOD1株より、chitin分解に関与するchitinase(Tk-ChiA)、deactylase、cxo-β-D-glucosaminidase (Tk-Glm)、glucosamine-6-phosphate deaminase (Tk-Gpd)をそれぞれ同定・解析した。各酵素の基質特異性などを検討した結果、KOD1株においてはTk-ChiAがchitinをGlcNAc_2にまで分解した後、deactylaseの反応により生じるGlcN_2をTk-Glmが単糖に分解し、さらにTk-Gpdの作用によりfructose 6-phosphateにまで変換されるという経路が示唆された。これまでにこのようなchitin分解経路は知られておらず、超好熱始原菌に特有の新規な代謝経路と考えられる。
3)超好熱菌遺伝子破壊系の改良:我々はpyrF遺伝子をマーカーとしてKOD1株の遺伝子破壊を進めてきたが、本年度にtrpE遺伝子、hisD遺伝子などもマーカーとして使用可能であることを見出した。これらの遺伝子が全て破壊された変異株を構築中であり、これが単離されれば、KOD1株の複数の遺伝子を破壊した二重、三重破壊株を作製することが可能となり、より詳細な遺伝子機能解析が可能となる。

研究成果

• [文献書誌] T.Fukui, Tomohiro Eguchi, H.Atomi, T.Imanaka: "A membrane-bound archaeal Lon protease displays ATP-independent proteolytic activity towards unfolded proteins along with ATP-dependent activity for folded proteins"J.Bacteriol.. 184(13). 3689-3698 (2002)
• [文献書誌] N.Rashid, H.Imanaka, T.Kanai, T.Fukui, H.Atomi, T.Imanaka: "A novel candidate for the true fructose 1,6-bisphosphatase in archaea"J.Biol.Chem.. 277(34). 30649-30655 (2002)
• [文献書誌] N.Maeda, T.Kanai, H.Atomi, T.Imanaka: "The unique pentagonal structure of an archaeal Rubisco is essential for its high thermostability"J.Biol.Chem.. 277(35). 31656-31662 (2002)
• [文献書誌] H.Imanaka, T.Fukui, H.Atomi, T.Imanaka: "Gene cloning and characterization of fructose-1,6-bisphosphate aldolase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakaraensis KOD1"J.Biosci.Bioeng.. 94(3). 237-243 (2002)
• [文献書誌] Tadayuki Imanaka, Haruyuki Atomi: "Catalyzing 'Hot' Reactions : Enzymes from Hyperthermophilic Archaea"The Chemical Records. 2(3). 149-163 (2002)
• [文献書誌] T.Sato, T.Fukui, H.Atomi, T.Imanaka: "Targeted gene disruption by homologous recombination in the hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakaraensis KOD1"J.Bacteriol.. 185(1). 210-220 (2003)
• [文献書誌] Tadayuki Imanaka, Haruyuki Atomi: "Enzyme Catalysis in Organic Synthesis : A Comprehensive Handbook, 2nd completely revised and enlarged Edition. Ed. by Karlheinz Drauz, Herbert Waldmann, Wiley-VCH"Rational Design of Functional Proteins. 27 (2002)