| 研究課題/領域番号 |
24228001
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
西山 真 東京大学, 生物生産工学研究センター, 教授 (00208240)
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| 研究分担者 |
富田 武郎 東京大学, 生物生産工学研究センター, 助教 (50447364)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | キャリアタンパク質 / リジン生合成 / アルギニン生合成 / 好熱菌 / 進化 / アミノ酸生合成 / 放線菌 / 二次代謝生合成 |
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| 研究実績の概要 |
Thermus thermophilusのリジン生合成後半の反応を担うLysYおよびLysKについて結晶化を行った。LysYはキャリアタンパク質LyWのＣ末端に付加されたα－アミノアジピン酸リン酸をα－アミノアジピン酸セミアルデヒドに変換する。LysKはリジン生合成経路の最終反応を触媒する酵素でLysWのＣ末端にリジンが付加されたLysW-Lysからリジンを切り出す反応を触媒する。LysYについてはLysWとの複合体構造を、LysKについてはリジンとの複合体構造を決定することに成功した。また、同前半部においてホモイソクエン酸脱水素酵素のホモイソクエン酸・NADH複合体の結晶構造決定に成功した。これらにより、各リジン生合成酵素の基質認識機構の概略が明らかになった。また、Sulfolobus acidocaldarius、Thermococcus kodakarensisのホモイソクエン酸脱水素酵素についても基質複合体結晶構造を決定し、これらの酵素が複数の基質を結合できる構図基板を明らかにした。
Streptomyces sp. SANK 60404におけるLysWホモログが二次代謝に関わることを示してきた。前年度に成功した中間体DADHの同定に引き続いて、最終産物の化学構造を決定しつつある。また、Streptomyces griseusのLysWホモログについても、それが関わる生合成について研究を行ったが、S. griseusでは遺伝子の発現量が少ないことから、相同の遺伝子クラスターを有し、遺伝子発現が確認されたStreptomyces sp. g11株について、解析を行ったところ、C末端のグルタミン残基が脱アミドし、グルタミン酸に変換されてからグルタミン酸が付加することなどが明らかになってきている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究はタンパク質間相互作用を介した物質変換系について分子レベルでの解析を行うことが必要であり、そのための大きなハードルは生合成酵素・LysWホモログ複合体の結晶構造の決定であろうと考えていたが、T. thermophilusのリジン生合成酵素LysZに加えて、LysYのLysW複合体結晶を得ることができたことは、当初の目標を大きく超えた進展と言える。また、最終反応を行うLysKは金属ペプチダーゼ様構造を取ることが予想され、このファミリーはこれまで基質複合体についてはほとんどのもので成功していなかったが、本研究では、基質の複合体として結晶構造の決定に成功しており、大きな成果であるといえる。また、アーキアにおけるβ脱炭酸脱水素酵素が複数の基質を認識する機構についても明らかにできており、これも予想を超えたスピードで進展している。
また、放線菌の二次代謝に関しては、遺伝子クラスターが長大であり、非リボソーム型ペプチド合成酵素など扱いにくい対象が関わるため、研究の遂行がそれなりに困難であると推測されたが、その一部については大腸菌での異種発現に成功したことに加えて、天然化合物の構造解析、遺伝子破壊株に蓄積した生合成中間体の解析などが比較的スムーズに行ったことにより、予定以上のスピードで成果が得られようとしている。また当初もう一つ予定していたStreptomyces griseusをg11株に変更したことにより、反応中間体の一部が検出されつつあり、それについても予想を上回る成果が得られると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
多くのリジン(アルギニン)生合成酵素において、LysW複合体の構造決定を推進することに成功してきているが、まだLysJおよびLysKについての複合との結晶構造が得られていないため、その取得を行う。S. acidocaldariusの遺伝子操作系はまだうまく動かないものの、少しずつ問題点が明らかとなってきており、もう少しという段階に来ていると思われる。これについても積極的に推進し、調節を含めたキャリアタンパク質を介したアミノ酸生合成の全貌を明らかにしていく。
放線菌におけるLysWホモログの機能解析は、生合成最終産物が新規化合物であり、その生合成中間体もまた新規化合物である可能性が極めて高い。それらの化学構造を明らかにすると共に、各生合成経路を明らかにすると共に、生合成酵素の機能および、それらの結晶構造について解明を目指して行きたい。
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