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2014 年度 実施状況報告書

希少糖生産酵素群の基質複合体のX線構造に基づく包括的な触媒反応機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25440028
研究機関香川大学

研究代表者

吉田 裕美  香川大学, 総合生命科学研究センター, 准教授 (10313305)

研究分担者 神鳥 成弘  香川大学, 総合生命科学研究センター, 教授 (00262246)
吉原 明秀  香川大学, 希少糖研究センター, 助教 (40548765)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードX線結晶構造解析 / 単糖異性化酵素 / L-リボースイソメラーゼ / 希少糖 / 触媒反応機構 / 微小重力環境タンパク質結晶化 / 酵素・基質複合体 / D-タガトース 3-エピメラーゼ
研究実績の概要

昨年度構造を決定したL-リボースとL-リブロース間の異性化を触媒する希少糖生産酵素、Acinetobacter sp.由来L-リボースイソメラーゼ(AcL-RI)のX線結晶構造解析の論文発表(H. Yoshida et al., FEBS J., 2014)に続き、今年度は希少糖研究センターとの共同研究によりCelulomonas parahominis由来L-リボースイソメラーゼ(CpL-RI)の構造決定および四量体構造の必要性について解析を行い、論文誌に投稿した(Terami et al.)。これらを通して、L-リボースイソメラーゼの糖環開環機構を含めた触媒反応機構を提唱し、さらに、L-リボースイソメラーゼのホモ四量体構造は構造の安定性とともに酵素活性を示すには不可欠であることを明らかにした。
国際宇宙ステーション(ISS)を利用したJAXA宇宙実験の結晶化実験(第2期 第1回宇宙実験)において、微小重力空間で成長した希少糖生産酵素Pseudomonas cichorii由来D-タガトース3-エピメラーゼ(D-TE)の変異酵素の結晶を用いて希少糖誘導体であるデオキシ希少糖、1-デオキシ L-タガトースとの複合体構造(1.73Å分解能)を得ることができた。また、このD-TEの変異酵素を用いたX線結晶構造解析では、デオキシ希少糖や糖アルコールとの多数の複合体構造を決定し、デオキシ糖は活性部位において逆向きに結合できることや、疎水性環境の高い分子表面にも結合する可能性が高いことを示した。D-TEのデオキシ希少糖の認識機構ならびにデオキシ希少糖が阻害効果を示す可能性をもつことが明らかとなり、現在論文投稿の準備を行っている。

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

希少糖生産酵素Acinetobacter sp.由来L-リボースイソメラーゼ(AcL-RI)のX線結晶構造解析に続き、希少糖研究センターとの共同研究により新たな希少糖生産酵素Celulomonas parahominis由来L-リボースイソメラーゼ(CpL-RI)の構造も決定することができ、順調である。
国際宇宙ステーション(ISS)を利用したJAXA宇宙実験の結晶化実験については、反応中間体における水素原子の電子密度が得られる超高分解能のデータ収集には至っていないが、微小重力空間で成長した希少糖生産酵素Pseudomonas cichorii由来D-タガトース3-エピメラーゼ(D-TE)の変異酵素の結晶を用いて希少糖誘導体であるデオキシ希少糖、1-デオキシ L-タガトースとの複合体構造を得ることができた。その他にもデオキシ希少糖や糖アルコールとの多数の複合体構造解析が進んでいる。

今後の研究の推進方策

おおむね当初の予定通り研究が進んでおり、デオキシ希少糖と希少糖生産酵素の複合体構造解析において、デオキシ糖の結合の特徴が示されたことから、この構造情報をもとにデオキシ糖に対してより効率的な基質認識ができるよう変異酵素の作成を行っていく。また、分子表面において開環したデオキシ糖が結合した構造も得られたことから、D-TEの糖の開環機構には基質結合部位に結合してから開環されるプロセスとは異なる機構があることも考えられる。D-TEの糖の開環機構の解明についても新たな変異酵素の構築も含めて検討していく。宇宙実験については、D-TEとデオキシ希少糖、1-デオキシ L-タガトースとの複合体構造を得ることができたが、今年度も、第2期第3回宇宙実験の候補サンプルとなっており、引き続き、超高分解能のデータ収集を目指して研究を進めていく。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] X-ray structure of a novel L-ribose isomerase acting on a non-natural sugar L-ribose as its ideal substrate.2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshida H., Yoshihara A., Teraoka M., Terami Y., Takata G., Izumori K., Kamitori S.
    • 雑誌名

      FEBS J.

      巻: 281 ページ: 3150-3164

    • DOI

      10.1111/febs.12850

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 希少糖生産酵素Pseudomonas cichorii由来 D-タガトース 3-エピメラーゼの変異酵素を用いた糖アルコールおよびデオキシ希少糖との複合体構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      吉田裕美,吉原明秀,石井 知彦,何森健,神鳥成弘
    • 学会等名
      2015年度農芸化学会大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      2015-03-29
  • [学会発表] Cellulomonas parahominis 由来L-リボースイソメラーゼの基質複合体構造解析および四量体形成の必要性の解明2015

    • 著者名/発表者名
      寺見 優司、上地 敬子、森本 兼司、吉田 裕美、神鳥 成弘、高田 悟郎
    • 学会等名
      2015年度農芸化学会大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      2015-03-27
  • [学会発表] X-ray structure analysis of Acinetobacter sp. L-ribose isomerase for metabolizing non-natural sugar L-ribose2014

    • 著者名/発表者名
      Hiromi Yoshida, Akihide Yoshihara, Misa Teraoka, Yuji Terami, Goro Takata, Ken Izumori and Shigehiro Kamitori
    • 学会等名
      FEBS-EMBO 2014
    • 発表場所
      Paris (France)
    • 年月日
      2014-09-02
  • [学会発表] Crystal structure of L-ribose isomerase from Cellulomonas parahominis MB4262014

    • 著者名/発表者名
      Yuji Terami, Hiromi Yoshida, Kiko Uechi, Goro Takata, Shigehiro Kamitori
    • 学会等名
      23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr2014)
    • 発表場所
      Montreal (Canada)
    • 年月日
      2014-08-07
  • [学会発表] 宇宙空間を利用した希少糖生産酵素の結晶化2014

    • 著者名/発表者名
      吉田裕美,吉原明秀,寺岡美沙,林順司,田仲広明,伊中浩治,太田和敬, 何森健,神鳥成弘
    • 学会等名
      第14回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      ワークピア横浜、横浜産貿ホールマリネリア(横浜)
    • 年月日
      2014-06-25
  • [備考] 香川大学総合生命科学研究センター分子構造解析研究部門ホームページ

    • URL

      http://www.med.kagawa-u.ac.jp/~xraylab/

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公開日: 2016-05-27  

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