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2014 年度 実績報告書

細菌細胞膜における高度不飽和脂肪酸含有リン脂質の機能解析と応用

研究課題

研究課題/領域番号 24380047
研究機関京都大学

研究代表者

栗原 達夫  京都大学, 化学研究所, 教授 (70243087)

研究分担者 川本 純  京都大学, 化学研究所, 助教 (90511238)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード細胞膜 / 脂質 / タンパク質 / 高度不飽和脂肪酸 / エイコサペンタエン酸 / リン脂質
研究実績の概要

(1) エイコサペンタエン酸 (EPA) を細胞膜リン脂質の成分として含む細菌 Shewanella livingstonensis Ac10 において、EPA のリン脂質への導入反応を 1-アシル-sn-グリセロール-3-リン酸-O-アシルトランスフェラーゼ PlsC1 が触媒すること、本酵素が細胞分裂部位に局在すること、本菌が本酵素のホモログを 5 種類もつことを見いだしている。PlsC1 のホモログである PlsC4 について、遺伝子破壊株を作製し、リン脂質組成を解析したところ、11-メチルラウリン酸と 13-メチルミリスチン酸を含むリン脂質が顕著に減少していることが明らかとなり、これらの分岐鎖脂肪酸をリン脂質に導入する反応を PlsC4 が担っているものと考えられた。また、GFP 融合型 PlsC4 の蛍光顕微鏡観察から、PlsC4 が細胞の末端領域に局在することが示唆された。以上の結果から、これらの類縁酵素が特定のリン脂質を特定の部位で生合成することが、細胞膜の不均一性を生み出すことに寄与している可能性が考えられた。
(2) EPA 含有リン脂質は S. livingstonensis Ac10 の主要外膜タンパク質 Omp74 のβバレル構造へのフォールディングを加速するシャペロン効果をもつ。本研究では、フォールディングへの EPA 含有リン脂質の影響をより詳細に解析した。精製 Omp74 を 8 M 尿素または 2% SDS で変性させ、これをリポソーム溶液と混合することでリフォールディングさせた。Omp74 は尿素処理で完全に変性したのに対し、SDS 処理では N 末端領域がαヘリックスを形成した部分的にフォールドした状態になることが見いだされた。EPA 含有リン脂質によるフォールディングの加速効果は、SDS で変性させた Omp74 についてもみられた。以上の結果から、Omp74 はαヘリックスを経由して最終的なβバレル構造にフォールディングされ、EPA 含有リン脂質は少なくともαヘリックス形成以降の段階においてシャペロン機能をもつものと考えられた。

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

細菌細胞膜のリン脂質を生合成する類縁酵素群については、細胞内での基質特異性や局在性の解析において大きな進展が見られ、これらの酵素群が生体膜の高度組織化に寄与することを示唆する結果が得られた。また、EPA 含有リン脂質が膜タンパク質のフォールディングにおよぼす影響についても詳細な知見が得られた。一方、エチニル基修飾型 EPA を用いた EPA の動態解析においてはプローブの調製や細胞への添加条件の検討などに時間を要し、十分な情報が得られていないのが現状である。以上の状況から、「おおむね順調に進展している」と評価することが妥当と考えられる。

今後の研究の推進方策

エチニル基修飾型 EPA などのプローブを用いた in vivo での EPA および EPA 含有リン脂質の機能と動態の解析を重点的に行う。

次年度使用額が生じた理由

EPA の細胞内動態を解析するためのプローブ分子である cEPA や重水素標識型 EPA を夾雑物のない純度の高い状態で十分量調製するための合成方法確立に予想以上に時間を要し、それに伴って、これらのプローブ分子を用いる EPA の細胞内動態解析の一部も次年度に行うこととした。そのため、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

主として、各種プローブ分子の調製に必要な合成用試薬や、EPA の細胞内動態を解析するためのタンパク質解析用試薬・脂質解析用試薬・培養用試薬などの消耗品の購入に使用する計画である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Alkyl hydroperoxide reductase enhances the growth of Leuconostoc mesenteroides lactic acid bacteria at low temperatures2015

    • 著者名/発表者名
      Goto S, Kawamoto J, Sato SB, Iki T, Watanabe I, Kudo K, Esaki N, Kurihara T
    • 雑誌名

      AMB Express

      巻: 5 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s13568-015-0098-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 低温菌のタンパク質と脂質2014

    • 著者名/発表者名
      川本純、栗原達夫
    • 雑誌名

      CSJ Current Review 17 極限環境の生体分子

      巻: 17 ページ: 55-61

  • [学会発表] 低温菌 Shewanella livingstonensis Ac10 のエイコサペンタエン酸生合成酵素の細胞分裂部位への局在性と複合体形成の解析2015

    • 著者名/発表者名
      小倉隆太郎、趙賢南、川本純、栗原達夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会2015年度大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス(岡山県 岡山市)
    • 年月日
      2015-03-28
  • [学会発表] Shewanella livingstonensis Ac10 由来新規アシルトランスフェラーゼ PlsC4 は特定の分枝鎖飽和脂肪酸を細胞膜リン脂質に導入する2015

    • 著者名/発表者名
      豊竹洋佑、趙賢南、川本純、江崎信芳、栗原達夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会2015年度大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス(岡山県 岡山市)
    • 年月日
      2015-03-28
  • [学会発表] 低温適応細菌 Shewanella livingstonensis Ac10 の外膜タンパク質の構造形成解析2015

    • 著者名/発表者名
      杉浦美和、浅井梓、水谷彩乃、川本純、栗原達夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会2015年度大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス(岡山県 岡山市)
    • 年月日
      2015-03-28
  • [学会発表] ω末端修飾型高度不飽和脂肪酸アナログの合成2015

    • 著者名/発表者名
      徳永智久、渡辺文太、川本純、栗原達夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会2015年度大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス(岡山県 岡山市)
    • 年月日
      2015-03-28
  • [学会発表] Eicosapentaenoic acid-containing membrane domain involved in cell division of a cold-adapted bacterium2015

    • 著者名/発表者名
      川本純、江崎信芳、栗原達夫
    • 学会等名
      59th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      Baltimore (Maryland, USA)
    • 年月日
      2015-02-07 – 2015-02-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Shewanella livingstonensis Ac10 におけるリン脂質への飽和脂肪酸導入を担うアシルトランスフェラーゼ2015

    • 著者名/発表者名
      栗原達夫
    • 学会等名
      第439回ビタミンB研究協議会
    • 発表場所
      キャンパス ・イノベーションセンター(東京都 港区)
    • 年月日
      2015-02-07
  • [学会発表] 細菌におけるエイコサペンタエン酸含有リン脂質生合成酵素群の細胞内局在性と機能2014

    • 著者名/発表者名
      栗原達夫
    • 学会等名
      第438回ビタミンB研究協議会
    • 発表場所
      大阪工業大学うめきたナレッジセンター(大阪府 大阪市)
    • 年月日
      2014-11-22
  • [学会発表] Membrane microdomain enriched in eicosapentaenoic acid-containing phospholipids in Shewanella livingstonensis Ac102014

    • 著者名/発表者名
      栗原達夫
    • 学会等名
      Japan-Italy Joint Symposium
    • 発表場所
      東大寺総合文化センター(奈良県 奈良市)
    • 年月日
      2014-11-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低温菌 Shewanella livingstonensis Ac10 におけるEPA生合成酵素の局在性と相互作用解析2014

    • 著者名/発表者名
      小倉隆太郎、趙賢南、川本純、栗原達夫
    • 学会等名
      第15回極限環境生物学会年会
    • 発表場所
      今帰仁村コミュニティーセンター(沖縄県 国頭郡)
    • 年月日
      2014-11-02
  • [学会発表] 低温菌 Shewanella livingstonensis Ac10 の細胞分裂サイトへのエイコサペンタエン酸生合成酵素の局在2014

    • 著者名/発表者名
      小倉隆太郎、趙賢南、川本純、栗原達夫
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府 京都市)
    • 年月日
      2014-10-18
  • [学会発表] The role of the N-terminal domain of 1-acyl-sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase of Shewanella livingstonensis Ac10 in its subcellular localization2014

    • 著者名/発表者名
      趙賢南、川本純、江崎信芳、栗原達夫
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府 京都市)
    • 年月日
      2014-10-18
  • [学会発表] 低温菌 Shewanella livingstonensis Ac10 の飽和脂肪酸含有リン脂質生合成に関与する新規アシルトランスフェラーゼの解析2014

    • 著者名/発表者名
      豊竹洋佑、趙賢南、川本純、江崎信芳、栗原達夫
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府 京都市)
    • 年月日
      2014-10-18

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公開日: 2017-01-06  

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