Structural determination of oligomeric cellulose synthase complex

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15H04530
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Wood science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Imai Tomoya 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (90509142)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩崎 憲治 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (20342751)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: セルロース合成酵素 / セルロース / セルロースミクロフィブリル / 固体構造 / 膜タンパク質 / 高分子集合 / 生合成

Outline of Final Research Achievements

Cellulose is a major part of plant cell wall including wood, and exists as “microfibril” in which many polymer chains are packed in extended conformation. This study, on the bacterial model, aims for clarifying the mechanism of cellulose synthase protein to produce this microfibril structure.
First of all, we showed that the catalytic subunit of cellulose synthase is regularly arranged in living bacterial cell. Protein purification of cellulose synthase complex has been optimized for further higher resolution structural analysis. Observation of cellulose molecules synthesized by cellulose synthase protein was also made, and showed that cellulose molecules are aggregated through two-step process, not a single-step process.

Free Research Field

木質科学、タンパク質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

セルロース合成酵素がミクロフィブリル構造を作る機能は、高分子を常温常圧水系溶媒下で制御して、特定の構造を合成する機能である。これは高分子科学的に大変高度な機構であり、本研究はその解明を進めた。得られた成果はまだ解明の糸口を見つけ出したに過ぎないが、セルロース生合成の本質が常温常圧水系溶媒下で高分子を自在に制御するタンパク質機能であることを示したことが本研究の学術的意義である。また再生可能資源としてますます注目を浴びるセルロースへの感心は今後ますます高くなると思われるが、その生合成が非常に高度な生物機構であることを広く国民に説明する知見を与えることが本課題の一番の社会的意義である。