| 研究課題/領域番号 |
15KT0139
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
新井 宗仁 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90302801)
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| 研究分担者 |
林 勇樹 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (90444059)
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| 研究期間 (年度) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| キーワード | タンパク質 / 酵素反応 / 分子動力学 / NMR / バイオエネルギー |
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| 研究実績の概要 |
現在、酵素反応の遷移状態を制御（安定化）して酵素を合理的に高活性化する方法の開発が急務である。最近、酵素反応における遷移状態の形成速度は、酵素の構造ゆらぎによって決定されることが明らかになってきた。そこで本研究では、バイオエネルギー生産の鍵となるアルカン合成関連酵素AARとADをモデルとし、実験と理論の両アプローチから酵素の構造ゆらぎを制御して、バイオエネルギー生産の高度化に必要不可欠なAARとADの高活性変異体を創出することを目指す。前年度に引き続いて研究を進め、主に次の成果を得た。
(1) 12種類のラン藻に由来するAARの活性を比較した結果、特に活性の高いAARを同定できた。また、由来する生物種に応じてAARの基質特異性が異なり、AARを用いて寒冷地用の軽油を生産できる可能性が示唆された。(2) ADの網羅的なアラニンスキャン変異解析を完了させた（231個の変異体）。その結果、ADの活性を向上もしくは低下させる変異部位が多数同定された。これらの結果は今後、新たな遷移状態制御法を探索する上で重要である。(3) 同様に、AARの網羅的なアラニンスキャン変異解析を、AAR全長の約1/3の部位（主に保存部位）に対して行った。その結果、AARの活性に重要な部位が多数同定された。(4) AARとADの相互作用部位を同定することに成功した。(5) ADの大域的な構造ゆらぎを理論的に可視化するために、分子動力学シミュレーションを行った。その結果、金属結合の有無や生成物の有無などによって立体構造やダイナミクスが変化する様子が観測され、反応サイクルを通して構造ゆらぎが変化する可能性が示唆された。(6) ADの大域的な構造ゆらぎを実験的に可視化するために、前年度に引き続き、NMRスペクトル測定を行った。その結果、ADタンパク質は多形構造を示し、遅い構造揺らぎが存在する可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
AARとADの実験的研究、特に網羅的変異解析については、大量のデータが得られ、当初の計画以上に進捗している。また、分子動力学シミュレーションとNMRによる大域的な構造揺らぎの制御も、順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、実験と分子動力学シミュレーションなどの複合的なアプローチによって多面的に研究を進めることにより、計画通りに進捗しないリスクを低減し、AARとADの高活性化を確実に遂行する計画になっている。今後も両アプローチによる研究を並行して実施し、当初目標の達成を目指す。
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