• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実施状況報告書

ミミズ由来の新規低温適応性糖質加水分解酵素の構造と機能の解析とその利用

研究課題

研究課題/領域番号 24580481
研究機関大阪府立大学

研究代表者

上田 光宏  大阪府立大学, 生命環境科学研究科(系), 准教授 (50254438)

キーワード糖質分解酵素 / 低温適応性 / ミミズ / キチナーゼ / アミラーゼ / X線結晶構造解析
研究概要

脱リグニンされた植物バイオマスは,高温の酸あるいは耐熱性の酵素を用いて高温条件下で糖化が行われている.糖化過程に必要な熱エネルギーは主に化石燃料(重油)が用いられていることから,コスト高になるとともにCO2ガスの排出量も期待されるほど削減できていない.化石燃料に依存しない社会を構築するためには,低温糖化・低温発酵(並行複発酵)する技術の開発が望まれる.低温条件で糖化することができれば,加熱するためのエネルギーを節約できるだけでなく,並行複発酵法により高濃度のエタノール生産が可能となる.現在,デンプンの糖化には耐熱性酵素が用いられている.また,木質バイオマスの糖化には微生物由来のセルラーゼ(最適温度60~70℃)が用いられているが,効率よく分解する酵素が存在しないのが現状である.そこで,これまでの酵素の性質の弱点を補うとともに,工業的にも利用できる酵素のスクリーニングを行ったところ,デンプンやセルロースに対する分解能が高く,低温活性を有する酵素がミミズに存在することを明らかにした.
現在,ミミズ由来糖質分解酵素(セルラーゼ,アミラーゼなど)遺伝子のクローニングを行い異種宿主での発現を行っている.セルラーゼに関してはエンド型セルラーゼ遺伝子(EF-EG2)をクローニングし,大腸菌と酵母( Pichia酵母)での発現に成功している.精製したEF-EG2は低温活性を有していた.また,X線結晶構造解析によりEF-EG2 の構造を明らかにしている.本酵素は構造既知の低温適応酵素と同様,分子表面が負電荷に富んでいたことから低温適応性との関連が示唆された.次にアミラーゼに関しては,α-アミラーゼ遺伝子のクローニングを行い,異種宿主での発現を試みた.大腸菌を用いて発現を行ったが,インクルージョンボディーでの発現しか認められなかった.現在,他の宿主での発現を試みている.

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

ミミズ由来の低温適応性を有するエンド型セルラーゼ(EF-EG2)に関しては,遺伝子をクローニングし異種宿主での発現に成功し,その性質を明らかにしている.また,X線結晶構造解析により高次構造も明らかにしている.構造並びに機能面からそれぞれデータを取得し,論文としてまとめた.
アミラーゼ遺伝子においては,すでに数種類の遺伝子のクローニングに成功している.今後,発現に成功すれば機能面だけでなく,立体構造も明らかとなる可能性が高い.

今後の研究の推進方策

ミミズ由来のセルラーゼに関しては,これまでにエンド型セルラーゼ(EF-EG2)の構造と機能に関する研究を進めてきた.今後は,セルロース分解時に生じるセロオリゴ等に作用するエキソ型酵素(β-グルコシダーゼ)をコードする遺伝子をクローニングと発現さらには立体構造を明らかにしていく予定である.利用面からは,ミミズ由来の酵素と市販の酵素製剤とを用いてカクテルを作製し,低温下での糖化・発酵(並行複発酵)を目指す.
アミラーゼに関しては,アミラーゼ遺伝子を異種宿主(酵母,昆虫細胞,動物細胞)を用いて発現を試みる予定である.発現に成功すれば,酵素の酵素化学的性質を明らかにするとともにX線結晶構造解析を行い,高次構造を明らかにしていく.
ミミズ由来の低温適応性を有する酵素タンパク質の特徴を機能面だけでなく構造面からも知見を集積していく予定である.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Cloning and expression of the cold-adapted endo-1,4-glucanase gene from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Ueda, Akihiro Ito, Masami Nakazawa, Kazutaka Miyatake, Minoru Sakaguchi , Kuniyo Inouye
    • 雑誌名

      Carbohydrate Polymers

      巻: 101 ページ: 511-516

    • DOI

      10.1016/j.carbpol.2013.09.057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure of endo-1,4-β-glucanase from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      Takao Arimori, Akihiro Ito, Masami Nakazawa, Mitsuhiro Ueda and Taro Tamada
    • 雑誌名

      J. Synchrotron Rad.

      巻: 20 ページ: 884-889

    • DOI

      doi:10.1107/S0909049513021110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structures of the catalytic domain of a novel glycohydrolase family 23 chitinase from Ralstonia sp. A-471 reveals a unique arrangement of the catalytic residues for inverting chitin hydrolysis2013

    • 著者名/発表者名
      Takao Arimori, Noriko kawamoto, Nobuo Okazaki, Masami Nakazawa, Kazutaka Miyatake, Shoko Shinya, Tamo Fukamizo, Mitsuhiro Ueda, Taro Tamada
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 288: ページ: 18696-706

    • DOI

      doi: 10.1074/jbc.M113.462135

    • 査読あり
  • [学会発表] ミミズ由来低温適応酵素の構造と機能2014

    • 著者名/発表者名
      上田光宏
    • 学会等名
      食品酵素化学研究会
    • 発表場所
      大阪府立大学 I-site難波
    • 年月日
      20140830-20140830
  • [学会発表] 低温適応性セルラーゼの結晶構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      玉田太郎,有森貴夫,福原宏章,伊藤彰鉱,上田光宏
    • 学会等名
      物構研サイエンスフェスタ2013
    • 発表場所
      つくば国際会議場エポルカ
    • 年月日
      20140318-20140319
  • [学会発表] 低温適応能を有する糖質分解酵素の構造と機能の解析2013

    • 著者名/発表者名
      上田光宏
    • 学会等名
      飯島藤十郎記念食品科学振興財団_第26回学術講演会
    • 発表場所
      神田学士会館
    • 年月日
      20131122-20131122
    • 招待講演
  • [学会発表] Cloning and expression of endo-1,4-beta-glucanase from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      H.fukuhara, A. Ito, T. Arimori, M. Nakazawa, T. Sakamoto, S, Akazawa, T. Tamada, K. Inouye, M. Ueda
    • 学会等名
      第27回日本キチン・キトサンシンポジウム,第10回アジア太平洋キチン・キトサンシンポジウム
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      20131004-20131008
  • [学会発表] Cloning and expression of alpha-amylase gene from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanouchi, M. Nakazawa, T. Sakamoto, S, Akazawa, K. Inouye, M. Ueda
    • 学会等名
      第27回日本キチン・キトサンシンポジウム,第10回アジア太平洋キチン・キトサンシンポジウム
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      20131004-20131008
  • [学会発表] Cloning and heterologous expression of chitinase gene from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      T.shioyama, M. Nakazawa, T. Sakamoto, S, Akazawa, K. Inouye, M. Ueda
    • 学会等名
      第27回日本キチン・キトサンシンポジウム,第10回アジア太平洋キチン・キトサンシンポジウム
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      20131004-20131008
  • [学会発表] Cloning of CMCase gene from Bellamya chinensis laeta2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawasaki, M. Nakazawa, T. Sakamoto, M. Sakaguchi, K. Inouye, M. Ueda
    • 学会等名
      第27回日本キチン・キトサンシンポジウム,第10回アジア太平洋キチン・キトサンシンポジウム
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      20131004-20131008
  • [学会発表] GH ファミリー23に属する新規キチナーゼの構造生物学的研究2013

    • 著者名/発表者名
      有森貴夫,川本乃理子,新家粧子,岡崎伸夫,中澤昌美,宮武和孝,深溝慶,上田光宏,玉田太郎
    • 学会等名
      食品酵素化学研究会
    • 発表場所
      大阪府立大学 I-site難波
    • 年月日
      20130902-20130902
  • [学会発表] Crystal structure of endo-1,4-[beta]-glucanase from Eisenia fetida2013

    • 著者名/発表者名
      有森貴夫,伊藤彰紘,中澤昌美,上田光宏,玉田太郎
    • 学会等名
      蛋白質科学会大会
    • 発表場所
      とりぎん文化会館 鳥取
    • 年月日
      20130612-20130614
  • [学会発表] Crystal structure of 1, 4-β-endoglucanase from E. foetida2013

    • 著者名/発表者名
      Taro Tamada, Akihiro Itoh, Masami Nakazawa, Mitsuhiro Ueda, Takao Arimori
    • 学会等名
      4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20130526-20130529
  • [学会発表] Functional analysis of a novel Family GH-23 chitinase from thermophilic bacterium Ralstonia sp. A-4712013

    • 著者名/発表者名
      M. Ueda, N. Kawamoto, M. Nakazawa, K. Miyatake, S. Nishimura, H. Fukada, T. Arimori, T. Ohnuma, T. Tamada, T. Fukamizo
    • 学会等名
      11th International Conference of the European Chitin Society
    • 発表場所
      ポルトガル(ポルト)
    • 年月日
      20130505-20130508

URL: 

公開日: 2015-05-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi