合成糖鎖-タンパク質複合体のNMR手法による酵素基質切断部位解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05345
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 石渡 明弘 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70342748)
• 研究分担者: 張 恵平 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (10462706) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 生体分子 / 糖鎖 / 有機合成化学 / 構造解析 / NMR

研究実績の概要

本年度も引き続き、分担者のいない、研究協力者との研究組織で遂行した。
昨年度までに、エンド型アラビナン分解酵素の活性中心残基の変異体と合成九糖基質の結晶構造解析にて基質結合サイトを見出し、アラビナン非還元末端β-D-Araf構造を切断する新規酵素の反応解析を合成基質PNP β-D-Arafやアラビナンフラグメントなどを用いて行い、基質特異性や保持型機構を確認した。
昨年度合成九糖基質の結晶構造解析により得られた、触媒活性中心や基質結合サイトの構造情報を基としたエンド型アラビナン分解酵素(GH183)のアラビナンとの相互作用解析のため、基質の量的供給を考慮した合成検討を進めた。さらに、エンド型アラビナン分解酵素(GH183)、エキソ型アラビナン分解酵素(GH172およびGH119) による合成アラビナンフラグメントを用いた基質分解の構造解析、相互作用解析、さらに、前年度確認した保持型機構を有するGH119の共有結合型阻害剤開発へ展開した。
また、アラビアガムの多糖成分の分解を担うビフィズス菌由来の新規酵素群による分解生成物のNMR解析を行い四糖構造を帰属し、その四糖構造をさらに分解できないことを見いだした。さらに、植物オリゴアラビノフラノシドに作用するGH127/146酵素群に関する、基質阻害剤などを用いた活性測定なども同様なアラビナン合成を応用し達成した。
さらに、基質アラビナン合成に応用可能と考えられる糖鎖合成に関して、温和なルイス酸を用いた反応開発をすすめ、その中で、遠隔位からの cis 選択的グリコシドの形成を見出し、計算化学を取り入れ反応機構を推察した。植物アラビノガラクタン部分構造モチーフの合成に展開した。

研究成果

• [国際共同研究] Sun Yat-sen University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Sun Yat-sen University
• [雑誌論文] Bifidobacterial GH146 β‐ <scp>l</scp> ‐Arabinofuranosidase (Bll4HypBA1) as the Last Enzyme for the Complete Removal of Oligoarabinofuranosides from Hydroxyproline‐Rich Glycoproteins (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro、Tsunomachi Hanako、Kameyama Kyohei、Sophon Kaeothip、Nakamura Masayuki、Kitahara Kanefumi、Tanaka Katsunori、Ito Yukishige、Fujita Kiyotaka
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 24 ページ: e202200637
  • DOI: 10.1002/cbic.202200637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and synthesis of the mechanism-based inhibitors against the GH127/146 cysteine glycosidase (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro, Tanaka Katsunori、Fujita Kiyotaka、Ito Yukishige
  • 雑誌名: Peptide Science 巻: 2022 ページ: 65-68
  • 査読あり
• [雑誌論文] ZnI₂-Mediated β-Galactosylation of C2-Ether-Type Donor (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhou Siai、Ao Jiaming、Guo Aoxin、Zhao Xiaoya、Deng Nan、Wang Guoqing、Yang Qixuan、Ishiwata Akihiro、Liu Xue-Wei、Li Qianqian、Cai Hui、Ding Feiqing
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 24 ページ: 8025～8030
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c03256
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanism-based inhibition of GH127/146 cysteine glycosidases by stereospecifically functionalized l-arabinofuranosides (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro、Narita Satoru、Kimura Kenta、Tanaka Katsunori、Fujita Kiyotaka、Fushinobu Shinya、Ito Yukishige
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 75 ページ: 117054～117054
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.117054
  • 査読あり
• [雑誌論文] An experimental and theoretical study on stereocontrolled glycosylations by a “one-pot” procedure (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhong Xuemei、Zhao Xiaoya、Ao Jiaming、Huang Yan、Liu Yuhua、Zhou Siai、Li Bizhi、Ishiwata Akihiro、Fang Qianglin、Yang Chongguang、Cai Hui、Ding Feiqing
  • 雑誌名: Organic Chemistry Frontiers 巻: 9 ページ: 4151～4157
  • DOI: 10.1039/D2QO00727D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of naturally occurring β-l-arabinofuranosyl-l-arabinofuranoside structures towards the substrate specificity evaluation of β-l-arabinofuranosidase (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro、Fujita Kiyotaka、Fushinobu Shinya、Tanaka Katsunori、Ito Yukishige
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 68 ページ: 116849～116849
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.116849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of Cooperative Degradation of Gum Arabic Arabinogalactan Protein by Bifidobacterium longum Surface Enzymes (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Yuki、Komeno Masahiro、Ishiwata Akihiro、Horigome Ayako、Odamaki Toshitaka、Xiao Jin-Zhong、Tanaka Katsunori、Ito Yukishige、Kitahara Kanefumi、Ashida Hisashi、Fujita Kiyotaka
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 88 ページ: e02187-21
  • DOI: 10.1128/aem.02187-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances in stereoselective 1,2-cis-O-glycosylations (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro、Tanaka Katsunori、Ao Jiaming、Ding Feiqing、Ito Yukishige
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 10 ページ: 972429
  • DOI: 10.3389/fchem.2022.972429
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Chemical and Chemoenzymatic Strategies to Complex-Type N-Glycans (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhao Xiaoya、Huang Yan、Zhou Siai、Ao Jiaming、Cai Hui、Tanaka Katsunori、Ito Yukishige、Ishiwata Akihiro、Ding Feiqing
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 10 ページ: 880128
  • DOI: 10.3389/fchem.2022.880128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Insight into an Enzyme that Breaks Down Oligosaccharides in Caramel (2022)
  • 著者名/発表者名: KASHIMA Toma、FUSHINOBU Shinya、ISHIWATA Akihiro、FUJITA Kiyotaka
  • 雑誌名: Nihon Kessho Gakkaishi 巻: 64 ページ: 263～264
  • DOI: 10.5940/jcrsj.64.263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and Structural Basis of an Enzyme Degrading Oligosaccharides in Caramel (2022)
  • 著者名/発表者名: KASHIMA Toma、ISHIWATA Akihiro、FUJITA Kiyotaka、FUSHINOBU Shinya
  • 雑誌名: Seibutsu Butsuri 巻: 62 ページ: 184～186
  • DOI: 10.2142/biophys.62.184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances of the stereoselective bimodal glycosylations for the synthesis of various glucans (2022)
  • 著者名/発表者名: Ding Feiqing、Ishiwata Akihiro、Ito Yukishige
  • 雑誌名: Studies in Natural Products Chemistry (Bioactive Natural Products) 巻: 74 ページ: 1～40
  • DOI: 10.1016/B978-0-323-91099-6.00001-3
  • 査読あり
• [学会発表] Chemical Approaches toward Understanding Cysteine Glycosidase Catalysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro
  • 学会等名: Seventh International Conference on Catalysis and Chemical Engineering,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] exo-β-D-arabinofuranosidase のD-アラビノフラノシド含有阻害剤プローブの合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石渡明弘, 藤田清貴, 田中克典, 伊藤幸成
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] GH127/146 β-L-アラビノフラノシダーゼ阻害剤の合成と阻害機構解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石渡明弘, 藤田清貴, 伏信進矢, 田中克典, 伊藤幸成
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] Synthesis and structural analysis of D-fructofuranosylated compounds for the analysis of GH172 difructose dianhydride I synthase/hydrolase (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Akihiro, Toma Kashima, Machika Kaieda, Katsunori Tanaka, Kiyotaka Fujita, Shinya Fushinobu, Yukishige Ito
  • 学会等名: 30th International Carbohydrate Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Design and synthesis of the mechanism-based inhibitors against the glycoside hydrolase family 127/146 cysteine glycosidase (2022)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ishiwata, Katsunori Tanaka, Kiyotaka Fujita, Yukishige Ito
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] ビフィズス菌由来AGP分解酵素群の機能解析へ向けた構造解析研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石渡明弘, 佐々木優紀, 藤田清貴, 北原兼文, 伏信進矢, 田中克典, 伊藤幸成
  • 学会等名: 第41回日本糖質学会年会
• [学会発表] β-D-アラビノフラノシド含有プローブの立体選択的合成とβ-D-arabinofuranosidaseの機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石渡明弘, 藤田清貴, 田中克典, 伊藤幸成
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会2022年度大会 (第71回)
• [学会発表] Bacteroides caccae 由来のGH91イヌリン分解酵素のクローニングと性質解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 志手由里奈, 石渡明弘, 伊藤幸成, 北原兼文, 藤田清貴
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会2022年度大会 (第71回)
• [学会発表] Structural basis of glycoside hydrolases for α- and β-D-arabinofuranosidic bonds of mycobacterial lipoarabinomannan (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinya Fushinobu, Chiho Nakashima, Jiaman Li, Riku Fukushima, Akihiro Ishiwata, Toma Kashima, Miki Sawai, Michiko Shimokawa, Sae Morigami, Kiyotaka Fujita
  • 学会等名: 14th Carbohydrate Bioengineering Meeting (CBM)
  • 国際学会
• [備考] 植物糖タンパク質に残された最後の糖を切断する酵素をビフィズス菌から発見
  • URL: https://www.kagoshima-u.ac.jp/topics/2023/01/post-2009.html