研究課題
植物細胞壁多糖合成におけるメタボロン形成の検証を目的とする本研究では、植物細胞壁ペクチン成分ラムノガラクツロナンI（RG-I）生合成酵素のうち、RG-I主鎖のラムノース残基にガラクトース残基を転移するRG-I:ガラクトース転移酵素を研究対象としている。高分子電解質存在下で超活性化が起こることが観察されている酵素であるためである。昨年度までに本酵素の8種類のシロイヌナズナ由来候補遺伝子を選抜した。これらの候補遺伝子がコードするタンパク質を哺乳動物培養細胞HEK293細胞で発現させ、そのタンパク質に酵素活性があるか調査した。これまでに4種類のタンパク質を発現させることができた。これらにRG-I:ガラクトース転移酵素の活性は検出できなかったが、そのうちの一つにRG-I:アラビノース転移酵素の活性があることを見出した。この酵素はRG-I側鎖にアラビナンを付加する鍵酵素である。研究計画にはない発見である。RG-I:ガラクトース転移酵素の活性を指標に、ペクチン合成に関わる生合成酵素複合体メタボロンをBN-PAGE法で探索している折に、パセリが生産する特化代謝産物フラボノイド配糖体の一種であるアピインの生合成糖転移酵素を含むメタボロンを見出した。これまでにフラボノイド配糖体の生合成メタボロンが同定されたことはなく、これも研究計画にはない発見である。このように、当初計画の目標には至っていないが、当初計画に沿って研究を進めた過程で以上のような派生的な発見があった。2022年度は、当初計画の達成と共に、派生的な発見を成果にすることも目標とする。
2: おおむね順調に進展している
植物細胞壁ペクチン成分ラムノガラクツロナンI（RG-I）生合成酵素のうち、RG-I主鎖のラムノース残基にガラクトース残基を転移するRG-I:ガラクトース転移酵素を研究対象としている。本研究は、本酵素遺伝子を同定すること、この酵素を含む酵素複合体メタボロンの存在を調べることを研究目的としている。昨年度までにRG-I:ガラクトース転移酵素の発現量が多いと考えられるG層の遺伝子発現データベースから8種類の候補遺伝子を選抜した。2021年度は、pGn2ベクターを用いて候補遺伝子がコードするタンパク質を哺乳動物培養細胞HEK293F細胞で発現させ、そのタンパク質に酵素活性があるか調査した。これまでに4種類のタンパク質を発現させることができた。これらにRG-I:ガラクトース転移酵素の活性は検出できなかったが、そのうちの一つに不意にRG-I:アラビノース転移酵素の活性があることを見出した。アラビナンはRG-I側鎖の一つで、この酵素はRG-I主鎖のラムノース残基にアラビノフラノース残基を転移する酵素であり、アラビナン生合成の鍵酵素である。また、ペクチン合成に関わる生合成酵素複合体をBN-PAGE法で探索している折に、パセリが生産する特化代謝産物フラボノイド配糖体の一種であるアピインの生合成糖転移酵素を含むメタボロンを見出した。これまでにフラボノイド配糖体の生合成メタボロンを同定されたことはなく、大きな発見と考えている。このメタボロンの発現パターンは、アピインの生合成量のパターンと一致していた。
ペクチンRG-I:ガラクトース転移酵素の遺伝子同定：RG-I:ガラクトース転移酵素について、8種類の候補遺伝子を選抜している。昨年度までに4種類の候補タンパク質を発現させたが、いずれにもこの酵素の活性は検出されなかった。2022年度は、残りの候補遺伝子がコードするタンパク質を哺乳動物培養細胞HEK293F細胞で発現させ、そのタンパク質に酵素活性があるか調査する。当初計画に沿って研究を進めた過程で、当初目標とは異なる、以下の二つの派生的な発見があり、2022年度は、これらを成果にすることも目標とする。ペクチンRG-I:アラビノース転移酵素の遺伝子同定：発現させたタンパク質の一つにRG-I:アラビノフラノース転移酵素の活性があることを見出した。アラビナンはRG-I側鎖の一つで、この酵素はRG-I主鎖のラムノース残基にアラビノフラノース残基を転移する酵素であり、アラビナン生合成の鍵酵素である。この酵素の生化学的性質を明らかにする。また相同性の高い遺伝子・タンパク質の解析も行う。特化代謝産物フラボノイド配糖体アピインの生合成糖転移酵素メタボロンの同定：パセリの粗酵素から分子量100万以上のアピイン生合成メタボロンを見出した。パセリ本葉の発達段階ごとのこのメタボロンの発現パターンは、アピインの生合成量のパターンと一致していた。このメタボロンの構成タンパク質のアミノ酸配列を解析すると共に、このメタボロン自体にアピイン生合成活性があるか調査する。
コロナ禍により大学での研究の制限があり、計画していた研究室における実験が一部実施できなかったため。
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Commun. Biol.
巻: 4 ページ: 671
10.1038/s42003-021-02152-8
http://www.ismz.sk.ritsumei.ac.jp/
