Elucidation of mechanisms for transport and storage of hydrophobic metabolites in plant cells toward establishment of a polymer factory cell system

阐明植物细胞中疏水代谢物的运输和储存机制，以建立聚合物工厂细胞系统

基本信息

批准号：
20H02909
负责人：
高橋征司
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脂肪顆粒（LD）やゴム粒子（RP）などの脂質一重層で形成されるオルガネラは、疎水性化合物を隔離的に貯蔵することから、それらのオルガネラの膜上に種々の外来酵素を配置することで、反応生成物を膜内部へ蓄積させる代謝工学系の構築が可能となると考えられる。しかし、LDやRPへのタンパク質移行機構はほとんど未解明であった。本研究では、「（1）脂質一重層オルガネラ膜への移行に必要なタンパク質モチーフと制御機構の解明」し、その機構を応用することで「（2）脂質一重層オルガネラ膜への外来酵素導入による有用疎水性化合物生産系の構築」を行うことを目標としている。2020年度は、上記（1）に関する研究課題として、「課題１ LD膜移行タンパク質の同定」と「課題2. 無細胞タンパク質発現系を利用したLDへのタンパク質導入系の開発」を並行して研究を行なった。パラゴムノキのRPの膜には、SRPPと呼ばれる機能未知のタンパク質が高蓄積している。また、SRPPと類似配列を有するREFも同様に高蓄積している。一方、植物由来のLD膜タンパク質には、SRPPと配列類似性を示すLDAPやMLDPと呼ばれるタンパク質が高蓄積している。そこで、これらの脂質一重層オルガネラ間に共通した膜タンパク質移行機構が存在することを予想し、本研究ではまず、SRPP、REF、LDAP、MLDPを解析対象とすることとした。まず、LDへのタンパク質移行を解析するための手法として、植物細胞よりLDを精製し、それを無細胞タンパク質合成系に添加することで、翻訳・折り畳みと共役させながら外来タンパク質を導入する系を開発した。このアッセイ系において、GFPタンパク質はLDへほとんど導入されなかったが、LDAP/MLDPを融合させたGFPは明確にLD膜上に導入されたため、この評価系が次年度以降の研究計画に適用可能であることが示された。

由单个脂质层形成的细胞器，例如脂肪颗粒（LD）和橡胶颗粒（RP），以隔离的方式储存疏水性化合物，因此可以将各种外来酶放置在这些细胞器的膜上。认为有可能构建一个在膜内积累反应产物的代谢工程系统。然而，蛋白质转移到 LD 和 RP 的机制仍然很大程度上未知。在这项研究中，我们的目标是“（1）阐明向脂质单层细胞器膜转变所需的蛋白质基序和控制机制”，并将这些机制应用于“（2）将外源酶引入脂质单层细胞器膜”。层细胞器膜。”目标是“构建有用的疏水性化合物的生产系统”。 2020年，我们将开展“问题1：LD膜易位蛋白的鉴定”和“问题2：使用无细胞蛋白表达系统开发LD蛋白导入系统”的并行研究，作为与（1）相关的研究课题我做到了。巴西橡胶树的 RP 膜高度积累了一种功能未知的蛋白质，称为 SRPP。另外，与SRPP有类似序列的REF也具有高度积累性。另一方面，在植物来源的LD膜蛋白中，与SRPP显示序列相似性的被称为LDAP和MLDP的蛋白质被高度积累。因此，考虑到这些脂质单层细胞器之间存在共同的膜蛋白易位机制，我们决定在本研究中首先分析SRPP、REF、LDAP和MLDP。首先，作为分析蛋白质转移到LD的方法，我们开发了从植物细胞中纯化LD并将其添加到无细胞蛋白质合成系统中以引入外来蛋白质，同时将它们偶联到翻译和折叠。在该测定系统中，几乎没有将GFP蛋白引入到LD中，但明显地将LDAP/MLDP融合的GFP引入到LD膜上，因此该评估系统可以应用于从明年开始的研究计划。。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A conserved strategy of chalcone isomerase-like protein to rectify promiscuous chalcone synthase specificity

DOI：
10.1038/s41467-020-14558-9
发表时间：
2020-02-13
期刊：
NATURE COMMUNICATIONS
影响因子：
16.6
作者：
Waki, Toshiyuki;Mameda, Ryo;Nakayama, Toru
通讯作者：
Nakayama, Toru

Managing enzyme promiscuity in plant specialized metabolism: A lesson from flavonoid biosynthesis

DOI：
10.1002/bies.202000164
发表时间：
2020-11
期刊：
BioEssays
影响因子：
4
作者：
Toshiyuki Waki;Seiji Takahashi;T. Nakayama
通讯作者：
Toshiyuki Waki;Seiji Takahashi;T. Nakayama

膜上の酵素複合体による巧妙な植物特化代謝の制御戦略

利用膜上的酶复合物对植物特异性代谢进行巧妙的控制策略

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
公益社団法人日本化学会　バイオテクノロジー部会　NEWS LETTER
影响因子：
0
作者：
高橋征司;和氣駿之;中山亨
通讯作者：
中山亨

In vitro synthesis of natural rubber by recombinant enzymes introduced on rubber particles

橡胶颗粒上引入重组酶体外合成天然橡胶

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
飯塚恭平;石井義孝;桐村光太郎;Seiji Takahashi
通讯作者：
Seiji Takahashi

天然ゴム生合成機構から考える次世代の植物工学

基于天然橡胶生物合成机制的下一代植物工程

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
生物工学会誌
影响因子：
0
作者：
小段篤史;植田和光;高橋征司
通讯作者：
高橋征司

DOI：
{{ item.doi }}
发表时间：
{{ item.publish_year }}
期刊：
{{ item.journal_name }}
影响因子：
{{ item.factor }}
作者：
{{ item.authors }}
通讯作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

高橋征司其他文献

エタノールストレスからのリカバリーにおけるBtn2分解機構と天然変性領域の役割

Btn2 降解机制和自然变性区域在乙醇胁迫恢复中的作用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋征司;和氣駿之;中山亨;清水　涼・井澤真吾
通讯作者：
清水　涼・井澤真吾

土壌乾燥ストレス条件下における下位葉切除がソルガムの光合成および子実収量に及ぼす影響

土壤干旱胁迫下下部叶片去除对高粱光合作用及产量的影响

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tamiyo KONDO;近藤民代;近藤民代;近藤民代;K. Fujikura;K. Koseki;A. Phatthiya;K.Koseki;Y.Kharel;T.Suzuki;S.Takahashi;T. Koyama;高橋征司;荒木英樹;荒木英樹;辻渉
通讯作者：
辻渉