Understanding the core structures and dynamics of membrane protein complexes related in productions of valuable compounds from plants

了解与从植物中生产有价值的化合物相关的膜蛋白复合物的核心结构和动力学

基本信息

批准号：
21H02115
负责人：
山下哲
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物が生産する有用な二次代謝産物は、小胞体膜上で酵素複合体メタボロンの形成により効率的に合成されることが明らかになってきた。他の宿主での代替生産系を構築する上でも、メタボロンの構造と機能を理解することが不可欠である。メタボロンの構成因子同士の相互作用は一般的に弱く、膜上で一過性に形成される複合体の単離も困難である。そのため、複合体の量論比、相互作用、ダイナミクスに関する知見は少ない。本研究ではフラボノイドおよび天然ゴム生合成系を対象として、代謝酵素複合体の酵素学的解析、質量分析とX線結晶構造解析により、相互作用様式を解明する。さらに高速原子間力顕微鏡を用いて脂質膜上での複合体の動態を観察し、種々の溶液条件における複合体形成および解離のダイナミクスを明らかにすることを目的とする。本年度の実績として、植物のフラボノイドメタボロンを構成する縮合酵素と，その活性を調節するパートナータンパク質の複合体の精製をおこない，結晶化とX線結晶構造解析することに成功した。また，同様な組み合わせで高速原子間力顕微鏡の測定を行い，両者が共存する場合の特異な構造形成をとらえることができた。イソプレノイド生合成経路については，トランス型ポリマーを合成する酵素について，ナノディスク系への組み込みに成功し，膜系と共存した同酵素を高速原子間力顕微鏡で観察した。その結果，膜表面において，二量体を形成すると考えられている酵素が，細動する様子が初めて観察された。また，その挙動は，基質の有無によって顕著に変化することがわかった。

已经清楚的是，植物产生的有用的次生代谢物是通过在内质网膜上形成酶复合代谢物而有效合成的。了解代谢物的结构和功能对于在其他宿主中构建替代生产系统至关重要。代谢物的组成因素之间的相互作用通常很弱，并且很难分离在膜上瞬时形成的复合物。因此，关于该配合物的化学计量、相互作用和动力学知之甚少。在本研究中，我们将通过代谢酶复合物的酶分析、质谱分析和X射线晶体结构分析来阐明黄酮类化合物与天然橡胶生物合成系统的相互作用模式。此外，我们的目标是使用高速原子力显微镜观察脂质膜上复合物的动力学，并阐明在各种溶液条件下复合物形成和解离的动力学。作为今年的一项成就，我们成功地纯化、结晶并分析了构成植物类黄酮代谢的缩合酶和调节其活性的伙伴蛋白的复合物的X射线晶体结构。我们还使用类似组合的高速原子力显微镜进行了测量，并且能够捕获两者共存时发生的独特结构形成。关于类异戊二烯生物合成途径，我们成功地将合成反式聚合物的酶整合到纳米盘系统中，并使用高速原子力显微镜观察了该酶与膜系统共存。结果，首次观察到这种被认为形成二聚体的酶在膜表面原纤维化。还发现行为根据底物的存在或不存在而显着变化。

项目成果

期刊论文数量（25）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

トマト由来ネリル二リン酸合成酵素NDPS1のX線結晶構造解析

番茄来源的橙花基二磷酸合酶 NDPS1 的 X 射线晶体结构分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
今泉璃城;三沢柊人;竹下浩平;坂井直樹;山口晴彦;宮城ゆき乃;片岡邦重;中山享;高橋征司;山下哲
通讯作者：
山下哲

Structure‐based engineering of a short‐chain cis‐prenyltransferase to biosynthesize nonnatural all‐ cis ‐polyisoprenoids: molecular mechanisms for primer substrate recognition and ultimate product chain‐length determina

基于结构的短链顺式异戊二烯基转移酶生物合成非天然全顺式聚异戊二烯：引物底物识别和最终产物链长测定的分子机制

DOI：
10.1111/febs.16392
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kutsukawa Ryo;Imaizumi Riki;Suenaga‐Hiromori Miki;Takeshita Kohei;Sakai Naoki;Misawa Shuto;Yamamoto Masaki;Yamaguchi Haruhiko;Miyagi‐Inoue Yukino;Waki Toshiyuki;Kataoka Kunishige;Nakayama Toru;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji
通讯作者：
Takahashi Seiji

Catalytic promiscuity of rice 2-oxoglutarate/Fe(II)-dependent dioxygenases supports xenobiotic metabolism

水稻2-酮戊二酸/Fe(II)依赖性双加氧酶的催化混杂支持外源代谢

DOI：
10.1093/plphys/kiab293
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
7.4
作者：
Takamura Natsuki;Yamazaki Akihiko;Sakuma Nozomi;Hirose Sakiko;Sakai Motonari;Takani Yukie;Yamashita Satoshi;Oshima Masahiro;Kuroki Makoto;Tozawa Yuzuru
通讯作者：
Tozawa Yuzuru

Enzymatic characterization of a trans-prenyltransferase from Manilkara zapota MztPT2

Manilkara zapota MztPT2 反式异戊二烯基转移酶的酶学表征