| 研究課題/領域番号 |
16K07391
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
小竹 敬久 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20334146)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 糖ヌクレオチド / シロイヌナズナ / L-アラビノース |
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| 研究実績の概要 |
L-アラビノースは、UDP-L-アラビノースの形でUDP-キシロースから合成される。シロイヌナズナでこの反応を触媒するUGE1は、UDP-グルコースとUDP-ガラクトースの相互変換を触媒する酵素が少数のアミノ酸残基の変異により基質特異性が変化することで生じたと考えられる。一方で植物では、シロイヌナズナのUGE2など、UDP-L-アラビノース合成活性をほとんど持たないUGEも広く保存されている。シロイヌナズナのUGE1とUGE2のアミノ酸配列を比較したところ、基質や補酵素であるNADが入るポケット構造は両者の間で違いがなく、基質の入り口やRossmann foldにおける違いが基質認識に影響していることが示唆された。そこで、特にこれら２つの構造に着目して、UGE1とUGE2の間でアミノ酸残基を交換する点突然変異の導入を行った。基質の入り口やRossmann foldに導入した変異のうち、それぞれ１つがUGE1のUDP-L-アラビノース合成活性を低下させ、逆にUGE2のUDP-L-アラビノース合成活性を増加させた。
ゴルジ体型酵素の変異体mur4と、細胞質基質型酵素を失ったuge1 uge3二重変異体、およびこれらの三重変異体mur4 uge1 uge3について、葉、花茎、芽生えの細胞壁L-アラビノース含量を比較したところ、大半の組織で、MUR4が主要なUDP-L-アラビノース合成酵素として機能しているものの、一部の組織では、UGE1やUGE3もUDP-L-アラビノース合成に貢献していることが示唆された。これらの結果から、UGE1やUGE3は主要なUDP-L-アラビノースではないが、一部の組織では、生理的に重要であることが示唆された。
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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
当初最終年度に予定していたUGE1とUGE2の間でアミノ酸残基を交換する変異の導入は、前倒して実施し、一部の変異酵素では実際に基質特異性の変化をみることができた。一方で、ヒメツリガネゴケなどの被子植物以外のUGEの性状解析は、やや遅れている。
本研究に関連する研究成果として、L-アラビノース残基の分解・代謝に関する論文を発表することができた。また、国内学会と国際学会でも関連する研究の成果発表を行うことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
UGE1とUGE2は、それぞれ植物のUGE IファミリーとUGE IIファミリーに属している。今回、UDP-L-アラビノース合成活性に影響するアミノ酸残基を２つ発見することができた。今後は、この活性に影響する他のアミノ酸残基を同定するとともに、変異を組み合わせることで、進化の過程で起きたUGE1の基質特異性の変化の再現に挑戦したい。また、現在、これらの残基について緑藻から被子植物までの分布を調べており、変異の出現とUGE IファミリーとUGE IIファミリーの分化、L-アラビノース利用の多角化との関係を明らかにする予定である。
ゴルジ体型酵素の変異体mur4と、細胞質基質型酵素を失ったuge1 uge3二重変異体、およびこれらの三重変異体について、細胞壁のL-アラビノース含量の変化に加え、ペクチンのアラビナンやAGPのアラビノガラクタン糖鎖の構造変化や、それらが関係する生理現象を調べる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
一部の実験が遅れており、次年度に関係する実験の経費を計上する必要があるため。
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