| 研究課題/領域番号 |
21J20651
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
片山 徳賢 明治大学, 明治大学大学院農学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| キーワード | シアノバクテリア / アルギニン生合成 / Synechocystis |
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| 研究実績の概要 |
近年の地球規模での問題に、化石燃料の枯渇や、地球温暖化の加速などの問題がある。これらの問題を解決するために、生物資源としての微細藻類に注目が集まっている。中でも、光合成を行う細菌であるラン藻は、二酸化炭素から食品添加物やバイオプラスチック原料などの有用物質を生産することが出来る。しかし、ラン藻の代謝メカニズムに関する生化学的な知見は、大腸菌や酵母よりも不足している。ラン藻による有用物質の生産性を向上させるために、代謝メカニズムの解析と理解が重要である。本研究では、アスパラギン酸やグルタミン酸、フマル酸といった多くの代謝物が関係するアルギニン生合成系に着目した。本年度は、アルギニン生合成の最終段階酵素である、アルギニノコハク酸リアーゼについての解析を行い、ラン藻の中でのアルギニンによる阻害の保存性や生化学的な特徴を解明した。
まず、本年度では3種類のラン藻のアルギニノコハク酸リアーゼを生化学的に解析した。その結果、モデルラン藻であるシネコシスティスのアルギニノコハク酸リアーゼは窒素固定ラン藻であるノストックのアルギニノコハク酸リアーゼよりも触媒効率が低いことが分かった。また、酵素活性に対して、種々の代謝物がどのように影響するかを調査した。その結果、3種のラン藻のアルギニノコハク酸リアーゼに共通して、アルギニンが阻害剤として働いていることが判明した。これまでアルギニン生合成系では、上流においてアルギニンのフィードバック阻害が知られていたが、下流の酵素でもアルギニン濃度によって制御されている可能性を示唆した。
続いて、シネコシスティスにおいてアルギニノコハク酸を生合成するアルギニノコハク酸シンテターゼの生化学解析を行った。本研究では、まずアルギニノコハク酸シンテターゼの酵素活性測定法の確立を目指した。
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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
本年度は、ラン藻のアルギニノコハク酸リアーゼのアルギニン阻害が保存されていることを明らかにした。これまでラン藻のアルギニン生合成においては、生合成の出発点近くの酵素がフィードバック阻害によって制御されていることが分かっていたが、本研究によって、アルギニン生合成の一部であるオルニチン回路内部の酵素でも、アルギニン濃度によって活性が制御されていることを示唆する結果を得た。また、そのアルギニンによるアルギニノコハク酸リアーゼへの阻害は、モデルラン藻であるシネコシスティスだけでなく、窒素固定ラン藻であるノストックや、糸状性ラン藻のスピルリナでも保存されていることを明らかにした。本研究成果は、ラン藻のアルギニン生合成の特徴を部分的に解明し、代謝物との関係を明らかにした。これらの研究成果を原著論文として、現在国際誌に投稿中である。また、アルギニノコハク酸シンテターゼの生化学解析においても、酵素を精製することに成功し、3種類の酵素を添加することによって、安定的に酵素活性を測定することが可能となった。引き続き、アルギニノコハク酸シンテターゼの酵素活性を測定することで、生化学的特徴を明らかにしていく。
さらに、これらのアルギニン生合成の酵素遺伝子を過剰発現させた株を現在構築中である。これらの遺伝子過剰発現株の生育速度や、アミノ酸や有機酸の定量を行っていくことで、アルギニン生合成系の酵素が代謝に及ぼす影響を調べていく。これらの研究成果は、研究計画に従っておおむね順調に進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、研究計画に従い、シネコシスティスのアルギニノコハク酸シンテターゼの生化学解析を完了させる。また、代謝物によるアルギニノコハク酸シンテターゼの酵素活性への影響を調査することで、アルギニン生合成系の制御を解明していく。同時に、構築している遺伝子過剰発現株の培養及び解析を行うことで、これらの遺伝子の過剰発現が代謝及び増殖速度に及ぼす影響を調べていく。また、前年度までの知見でアルギニン生合成系の酵素活性は、窒素固定ラン藻であるノストックの方が強かったことから、ノストックのアルギニノコハク酸シンテターゼについても注目して、調査を進めたいと考えている。
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