オリゴ糖異性化酵素とその類縁酵素の構造基盤の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26850059
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐分利 亘 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (00598089)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: セロビオース2-エピメラーゼ / エピメラーゼ / イソメラーゼ / オリゴ糖

研究実績の概要

Caldicellulosiruptor saccharolyticus由来セロビオース2-エピメラーゼ (CsCE) など一部CEは、他酵素と異なり還元末端アルドース残基をケトース残基に異性化する。この活性に重要な構造基盤を明らかにすることを目的として解析を行った。まず、イソメラーゼ活性が未確認のRhodothermus marinus由来酵素 (RmCE) の高酵素濃度（1 mg/mL) での反応生成物を解析した。ラクトースに対する反応において、イソメラーゼ反応生成物であるラクチュロースの生成が確認された。CsCE、RmCEともに1 μg/mLではラクトースからエピラクトース（エピメラーゼ反応生成物）のみを生じた。このことから、CsCEにおけるイソメラーゼ活性はエピメラーゼ活性と比較して低く、他酵素も高酵素濃度において触媒し得ることが確認された。CsCEにおけるイソメラーゼ活性に重要な構造因子を明らかにするためにRuminococcus albus由来CEとCsCEのキメラ酵素の作出を試みたが、組換えタンパク質の生産が見られなかった。このため、CsCEの結晶構造に基づき、基質との結合により構造の安定化が見られたループに注目した。ラクチュロースに対する反応において、CsCEのE174A変異酵素では、反応生成物の組成に変化が見られなかったが、R170E/F171A変異酵素ではイソメラーゼ生成物の増加（ラクトースとエピラクトース生成量の増加）が見られた。このことから、当該ループ構造がイソメラーゼ活性に重要な構造因子であることが推定された。CEと配列同一性を示すタンパク質の中には機能未知タンパク質が数多く存在している。これらの中には新規な異性化酵素の存在が期待される。これらの機能未解析タンパク質からマンノースに作用する新規異性化酵素を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Functions, structures, and applications of cellobiose 2-epimerase and glycoside hydrolase family 130 mannoside phosphorylases. (2016)
  • 著者名/発表者名: Saburi W.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: 80 ページ: 未定
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1166934
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural insights into the difference in substrate recognition of two mannoside phosphorylases from two GH130 subfamilies. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ye Y, Saburi W, Odaka R, Kato K, Sakurai N, Komoda K, Nishimoto M, Kitaoka M, Mori H, Yao M
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: 590 ページ: 828-837
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supplemental epilactose prevents metabolic disorders through uncoupling protein-1 induction in the skeletal muscle of mice fed high-fat diets. (2015)
  • 著者名/発表者名: Murakami Y, Ojima-Kato T, Saburi W, Mori H, Matsui H, Tanabe S, Suzuki T
  • 雑誌名: Br. J. Nutr. 巻: 114 ページ: 1774-1783
  • DOI: 10.1017/S0007114515003505. Epub 2015 Sep 23
  • 査読あり
• [学会発表] 乳中ラクトースのエピラクトースへの直接変換を志向した各種セロビオース2-エピメラーゼの機能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武藤 洋彦，佐分利 亘，森 春英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-30 – 2016-03-30
• [学会発表] Ruminococcus albus由来4-O-β-D-マンノシル-D-グルコースホスホリラーゼのサブサイト+1に保存されるArg92の基質結合への関与 (2016)
  • 著者名/発表者名: 塩田 咲耶子，尾高 伶，佐分利 亘，イエ ウキン，薦田 圭介，加藤 公児，西本 完，北岡 本光，姚 閔，森 春英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-30 – 2016-03-30
• [学会発表] 嫌気性細菌によるエピラクトース代謝の多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂井 未悠，佐分利 亘，森 春英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-28 – 2016-03-28
• [学会発表] オリゴ糖異性化酵素および関連酵素の分子基盤と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐分利 亘
  • 学会等名: 平成27年度 公益社団法人 日本農芸化学会 北海道支部第2回講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-11-14 – 2015-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] Ruminococcus albus由来4-O-β-D-mannosyl-D-glucose phosphorylase RaMP1の無機リン酸に対するホモトロピック相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 尾髙 伶，佐分利 亘，Ye Yuxin，薦田 圭介，加藤 公児，西本 完，北岡 本光，姚 閔，森 春英
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会平成27年度大会
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム（奈良県奈良市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-16
• [学会発表] Molecular basis for the epimerization of oligosaccharides by cellobiose 2-epimerase, (2015)
  • 著者名/発表者名: Wataru Saburi, Takaaki Fujiwara, Nongluck Jaito, Hirohiko Muto, Hirokazu Matsui, Min Yao, and Haruhide Mori
  • 学会等名: 11th Carbohydrate Bioenginnering Meeting
  • 発表場所: Dipoli congress centre (Espoo, Finland)
  • 年月日: 2015-05-10 – 2015-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of a novel aldose-ketose isomerase, mannose isomerase from Marinomonas mediterranea (2015)
  • 著者名/発表者名: Nongluck Jaito, Wataru Saburi, Yuka Tanaka, and Haruhide Mori
  • 学会等名: 11th Carbohydrate Bioenginnering Meeting
  • 発表場所: Dipoli congress centre (Espoo, Finland)
  • 年月日: 2015-05-10 – 2015-05-13
  • 国際学会
• [備考] 北海道大学大学院農学研究院生物化学研究室
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/biochem/