未来型天然資源を利用する微生物の分子細胞生物学的総合理解と応用機能開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13854008
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 阪井 康能 京都大学, 農学研究科, 助教授 (60202082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 由里本 博也 京都大学, 農学研究科, 助手 (00283648) ; 加藤 暢夫 京都大学, 農学研究科, 教授 (50026556)
• Keywords: C1微生物 / オートファジー / タンパク質分解 / ホルムアルデヒド / 気体状アルカン / 機能性脂質 / オルガネラ / 異種遺伝子発現

Research Abstract

本研究では、メタノールなどの還元型C1化合物や固体状炭化水素あるいは気体状アルカンに生育する微生物を取り上げ、生化学的側面・分子生物学側面・細胞内構造的側面の3つの観点からその細胞機能について、遺伝子レベルでの解明を目指し、得られた分子基盤をもとに応用研究への糸口を探っている。本年度においてはメタノール資化性酵母の菌体内に蓄積したオルガネラ蛋白質の分解過程を分子レベルで追跡する過程において、新規な細胞内膜構造を発見し分子細胞生物学における大きな成果を得た。他の未来型資源利用微生物については、ホルムアルデヒド代謝調節やガス状アルカンの利用に関する代謝的・分子生物学的側面についての新しい知見を得た。
1.メタノール資化性酵母のオルガネラ分解の分子機構と新しい膜構造の発見
メタノール資化性酵母Pichia pastorisを用いたペルオキシソーム選択的オートファジーの解析により、PpAtg8とその脂質修飾系を遺伝生化学的に検証した。ミクロペキソファジーではPpAtg8修飾系が液胞によるペルオキシソームの取り込み過程に必要なこと、その際、PpAtg8は新奇な膜構造体に存在することを明らかにし、この膜構造体をミクロペキソファジー膜装置(MIPA)と名付けた(Mol.Biol.Cell,15,58(2004))。一方、PpAtg26をペキソファジー特異的に必要な分子として初めて同定し、本分子がMIPAに局在すること、その局在にはGRAMと呼ばれる機能未知のドメインが必要なことがわかった(EMBO J,22,3241(2003))。現在、GRAMドメインがある種のリン脂質に特異的に結合すること、Atg26はMIPAの正常な形成に必要なことなどが明らかになりつつある。このように異種タンパク生産におけるタンパク分解のメカニズムと分子機能を明らかにするとともに、応用研究として、新しい知見を利用した異種蛋白質生産系の開発・GRAMドメインを用いた蛍光プローブの開発に関する研究が現在、進行中である。
2.ホルムアルデヒドの代謝調節と気体状アルカンの微生物代謝
C1微生物の代謝において、その代謝中間体であるホルムアルデヒドは、資化・異化経路の分岐点となる重要な化合物である。ホルムアルデヒド代謝に関わる酵素群を酵母・細菌より本年度は3種クローン化し、ホルムアルデヒド資化代謝およびアルコールデヒドロゲナーゼによる酸化代謝が毒性回避に寄与していることを明らかにした(Yeast, in press(2004);Appl.Environ.Microbiol.,69 6128(2003);Mol.Gen.Genet.,270,273(2003)など)。また酵母・細菌におけるC1化合物誘導性遺伝子発現におけるcis-elementの同定に成功した。一方、これまで全くその知見がなかった気体状アルカンであるプロパンの微生物代謝についての新知見を得た(J.Bacteriol.,185,7120(2003))。また酵母異種遺伝子発現系を用いた有用タンパク生産・有用脂質のバイオコンバージョンによる生産法についての成果も発表した。

Research Products

• [Publications] H.Yurimoto et al.: "Alcohol dehydrogenase which catalyzes methyl formate synthesis participate in formaldehyde detoxification in the methylotrophic yeast Candida boidinii"Yeast. (In press). (2004)
• [Publications] Y.Shinoda et al.: "Aerobic and Anaerobic Toluene Degradation by a Newly Isolated Thauera sp. Strain DNT-1"Appl.Environ.Microbiol.. (In press). (2004)
• [Publications] T.Nakagawa et al.: "Molecular characterization of glutathione-deendent formaldehdye dehydrogenase gene FLD1 from methyltrophic yeast Pichia methanolica"Yeast. (In press). (2004)
• [Publications] M.Kajikawa et al.: "Isolation and characterization of Δ^6-desaturase, an ELO-like enzyme and Δ^5-desaturase from the liverwort Marchantia polymorpha and production of arachidonic and eicosapentaenoic acids in the methylotrophic yeast Pichia pastoris"Plant Mol.Biol.. (In press). (2004)
• [Publications] H.Mukaiyama et al.: "Modification of a Ubiquitine-like Protein Paz2 Conducted Micropexophagy through Formation of a Novel Membrane Structure"Mol.Biol.Cell. 15・(1). 58-70 (2004)
• [Publications] M.Oku et al.: "Peroxisome degradation requires catalytically active sterol glucosyltransferase with a GRAM domain"EMBO Journal. 22・(13). 3241-3241 (2003)
• [Publications] M.Kurisu et al.: "Existence of Catalase-less Peroxisomes in Sf21 Insect Cells"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 306. 169-176 (2003)
• [Publications] H.Yurimoto et al.: "Physiological role of S-formylglutathione hydrolase in C1-metabolism of the methylotrophic yeast Candida boidinii"Microbiology. 149・(8). 1971-1979 (2003)
• [Publications] M.Kajikawa et al.: "MpFAE3, β-Ketoacyl-CoA Synthase Gene in the Liverwort Marchantia Polymorpha L., Is Preferentially Involved in Elongation of Palmitic Acid to Stearic Acid"BioSci.Biotechnol.Biochem.. 67・(8). 1667-1674 (2003)
• [Publications] R.Mitsui et al.: "Formaldehyde fixation contributes to detoxification for growth of a nonmethylotroph, Burkholderia cepacia TM1, on vanillic acid"Appl.Environ.Microbiol.. 69・(10). 6128-6132 (2003)
• [Publications] D.J.Klionsky et al.: "A Unified Nomenclature for Yeast Autophagy-Related Genes"Dev.Cell. 5. 539-545 (2003)
• [Publications] T.Komeda et al.: "Cis-acting elements sufficient for FDH1 expression by formate in the methylotrophic yeast Candida boidinii"Mol Gen.Genet.. 270・(3). 273-280 (2003)
• [Publications] T.Kotani et al.: "Propane Monooxygenase and NAD+-Dependent Secondary Alcohol Dephydrogenase in Propane Metabolism by Gordonia sp. Strain TY-5"J.Bacteriol.. 185・(24). 7120-7128 (2003)
• [Publications] 由里本博也: "メチロトローフのホルムアルデヒド対策:シックハウス症候群克服のヒントが得られるか?"科学と生物. 41・(4). 218-221 (2003)
• [Publications] T.Ishige et al.: "Wax ester production by bacteria"Curr.Opin.in Microbiol.. 6・(3). 244-250 (2003)
• [Publications] 向山博幸: "メタノール資化性酵母Pichia pastorisのペキソファジーを支配するPAZ遺伝子群の同定とユビキチン様タンパクPaz2及びその修飾系の解析"応用微生物研究協議会誌. 1・(2). 90-96 (2003)
• [Publications] 奥 公秀: "メタノール資化性酵母Pichia Pastorisのペキソファジーの一細胞可視化による動態解析及びPaz4/Ugt51ステロールグルコシド合成酵素の役割"応用微生物研究協議会誌. 1・(2). 97-102 (2003)
• [Publications] 阪井康能: "酵母ペルオキシソームの生合成と分解の分子機構"実験医学. 21・(14). 1912-1916 (2003)
• [Publications] 阪井康能: "ステロール配糖体が果たす生物機能"細胞工学. 23・(9). 992-993 (2003)
• [Publications] 阪井康能: "オルガネラ分解の分子機構:ミクロペキソファジーに必要なPAZ遺伝子群の機能と新生膜構造体"生体の科学. 54・(6). 540-547 (2003)
• [Publications] 望月大資: "新規フィターゼの特性とメチロトローフ酵母による高生産"バイオサイエンスとインダストリー. 61・(10). 31-32 (2003)