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2014 年度 実績報告書

好熱菌酵素を低温高活性化するためのガイドラインの構築

研究課題

研究課題/領域番号 24560966
研究機関東京薬科大学

研究代表者

赤沼 哲史  東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (10321720)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード酵素工学 / 好熱菌酵素 / 酵素利用
研究実績の概要

酵素は優れた特異性、環境への低負荷等、工業利用上の多くの利点があるが、安定性の低さがしばしば問題となる。好熱菌酵素は様々な条件で安定であるが、常温での活性の低さに難点がある。酵素の工業利用を推進するには、高い安定性と常温を含む広い温度域で高い活性を持つ酵素を効率よく設計することが重要な課題である。既に、少ないアミノ酸置換で好熱菌酵素の低温活性を改善した例が報告されていたが、高活性化の分子機構は様々で、低温高活性化のための一般則は確立されていなかった。本研究では、好熱菌脱水素酵素に着目し、補酵素との結合に関与する非極性側鎖の大きさをメチル基一つ大きくする、または小さくすることが、好熱菌脱水素酵素のgeneralな低温高活性化法になるか検討した。
その結果、高度好熱菌Thermus thermophilus由来イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と乳酸脱水素酵素、および超好熱菌Sulfolobus tokodaii由来グルコース脱水素酵素が、補酵素NADまたはNADHのアデニン環との結合に関わる非極性アミノ酸を別の非極性アミノ酸に置換することによって、低温活性が改善した。さらに、低温活性が改善した好熱菌変異型酵素は、野生型酵素と同程度の耐熱性保持することも明らかにした。したがって、当初の目的通り、補酵素のアデニンと結合する非極性アミノ酸の側鎖体積をメチル基一つ分変化させるという、多くの好熱菌由来脱水素酵素に適用できる低温高活性化のためのガイドラインの構築に成功した。
加えて、(1)常温菌由来酵素とのアミノ酸配列の比較をおこなう、(2) 両者でアミノ酸が異なる部位に、常温菌型のアミノ酸置換を導入する、(3)ただし、活性中心から0.8 nm以内にあるアミノ酸部位のみを対象とする、(4)アミノ酸配列および立体構造上で近接する部位のアミノ酸置換は同時に導入する、という好熱菌酵素を低温高活性化するための新たなガイドラインも構築した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Cloning and characterization of laccase DNA from the Royal Sun Medicinal Mushroom, Agaricus brasiliensis (Higher Basidiomycetes),2014

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto-Akanuma, Akanuma S, Motoi M, Yamagishi A, Ohno N..
    • 雑誌名

      Int. J. Med. Mush.

      巻: 16 ページ: 375–393

    • DOI

      10.1615/IntJMedMushrooms.v16.i4.80

    • 査読あり
  • [学会発表] Resurrection of ancient proteins to infer the environment temperatures of early life2014

    • 著者名/発表者名
      Akanuma S
    • 学会等名
      第11回日独先端科学シンポジウム
    • 発表場所
      ブレーメン
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-11-02
  • [学会発表] Stabilization of industrially useful enzymes by the ancestral design method2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史
    • 学会等名
      ノボザイムズ ジャパンバイオテクノロジーフォーラム
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-24
    • 招待講演
  • [学会発表] 好熱菌酵素の効率的低温高活性化改変法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史、木村彦乃、筒井聡志、内山清、八木創太、山岸明彦
    • 学会等名
      第66回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11
  • [学会発表] コモノートから遡るアミノ酸の種類2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史
    • 学会等名
      第16回日本進化学会大阪大会
    • 発表場所
      高槻
    • 年月日
      2014-08-21 – 2014-08-24
  • [学会発表] Protein simplification to address the amino acid usage of primordial proteins2014

    • 著者名/発表者名
      Akanuma S, Nakajima Y, Yokobori S, Yamagishi A
    • 学会等名
      Origins2014
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] 進化情報に基づく古代タンパク質の復元とタンパク質設計への応用2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史
    • 学会等名
      第23回LPS内毒素研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-06-28 – 2014-06-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 古代タンパク質の復元と解析および超好熱性タンパク質設計への応用2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史、横堀伸一、山岸明彦
    • 学会等名
      第14回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-06-25 – 2014-06-27
  • [学会発表] 進化情報に基づく酵素の耐熱化設計2014

    • 著者名/発表者名
      赤沼哲史
    • 学会等名
      第15回酵素応用シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-06-13 – 2014-06-13
    • 招待講演
  • [備考] 赤沼哲史

    • URL

      http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/akanuma/index.html

  • [備考] 東京薬科大学生命科学部 極限環境生物学研究室

    • URL

      http://logos.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/akanuma/index.html

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公開日: 2016-06-01  

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