光依存型酵素をプラットフォームとした新奇光反応への機能変換

使用光依赖性酶作为平台将功能转化为新型光反应

基本信息

批准号：
20K06542
负责人：
山本治樹
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06542/
关键词：
光合成細菌クロロフィル光依存型酵素酵素デザインシアノバクテリアクロロフィル生合成プロトクロロフィリド

光合成細菌クロロフィル光依存型酵素酵素デザインシアノバクテリアクロロフィル生合成プロトクロロフィリド

项目摘要

本研究課題では光依存型protochlorophyllide還元酵素(LPOR)に変異を導入し、別の還元反応へ機能変換することを試みる。まず最初の機能返還のターゲットとして、LPORの本来の活性であるprotochlorophyllide還元活性の生成物、chlorophyllideに対してさらなる還元反応を行うchlorophyllide還元酵素(COR)に着目した。2022年度はLPOR変異ライブラリの規模を拡大し、光合成細菌Rhodobacter capsulatusのCOR欠損株を用いて大規模なスクリーニングを実施した。これまで70,000種類以上の変異LPORをスクリーニングしたが、COR活性を相補する変異LPORは得られていない。本研究で確立したCORの活性評価を利用し下記の二つの異なる活性を持つCORの機能変換のメカニズムについて解析を行った。CORはクロロフィリドaのB環の炭素二重結合を還元しバクテリオクロロフィリドaへ変換する反応を触媒する。しかしBchl bを主要色素として保持する光合成細菌Blastochloris viridisの保有するCORはB環の二重結合の還元ではなく、8ビニル-クロロフィリドaに対してエチリデン基の生成を行う。このように二つの異なる活性を有するCORが報告されているが、どのような違いにより活性が決定づけられているかは不明である。活性の違いを決定づけるアミノ酸残基を特定するため、COR欠損株を用いて活性の評価を行った。この株にB. viridisのCOR遺伝子bchY-Zを導入した株は光合成的には生育しないが、長期の培養により光合成的に生育するリバータントを取得した。リバータントが保持するbchY-Z遺伝子の配列解読からCORの活性を決定づけるアミノ酸について考察する。

在本研究主题中，我们将将突变引入光依赖性的原氯地叶还原酶（LPOR），并试图将功能转化为另一种还原反应。首先，我们专注于叶绿素还原酶（COR），这进一步降低了针对叶绿素的反应，叶绿素是原磷酸酯还原活性的产物，这是LPOR的原始活性。在2022年，扩大了LPOR突变文库的尺度，并使用光合细菌杜鹃花杆菌的COR缺陷菌株进行了大规模筛选。到目前为止，已经筛选了超过70,000个突变体LPOR，但是尚未获得互补的COR活性。使用本研究中建立的COR活性评估，我们分析了CORS具有两种不同活动的功能转化的机制。 COR催化叶绿素a的B环的碳双键的反应将其转化为细菌氯叶叶叶。然而，由光合细菌bushium bushlochloris viridis（将BCHL B作为主染料）携带的COR不会减少B环的双键，而是在8个乙烯基 - 氯叶叶叶lloshiide a上产生一个乙基。尽管已经报告了有两种不同活动的COR，但尚不清楚哪些差异决定了活动。使用COR缺陷菌株评估活性，以鉴定确定活性差异的氨基酸残基。将Viridis的Cor基因BCHY-Z引入了这种菌株中，但是获得了长期培养物从光合生长的恢复物。讨论了从介叶剂携带的BCHY-Z基因的序列解密中确定COR活性的氨基酸。