キシラノソーム形成メカニズムの解明によるオーダーメード糖分解酵素複合体の作出

通过阐明木糖体形成机制创建定制糖酵解酶复合物

• 批准号: 06J00017
• 负责人: 吉田 誠
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J00017/
• 关键词: 放線菌; キシラノソーム; ヘミセルラーゼ; 酵素複合体

多糖類の構造は多様であることから、その効率的な分解には種々の酵素の共作用が必要である。本研究課題で着目した酵素の複合化技術の利点は、基質特異性の異なる酵素を一ヶ所に局在化させることで生じる相乗効果により、多糖類の分解効率を飛躍的に高めることにある。このような効率的な分解プロセスは自然界においても観察されており、本研究では放線菌が生産するキシラン分解酵素複合体(キシラノソーム)に着目した。本複合体の形成機構は不明であるが、その形成の有無が培養時に加えるキシランの種類に左右されることから、その形成にはキシランが関与していると予想される。そこで本研究では、本複合体の形成メカニズムを解明し、さらにその機構を利用した酵素複合化技術を開発することを目的とした。本年度において、人工酵素複合体の作出に向けた酵素の探索および取得を行った結果、放線菌由来のユニークな特性を有するアラビノフラノシダーゼが見出された。本酵素は、糖質分解酵素ファミリー43に属する触媒ドメインと、ファミリー42糖質結合モジュール(CBM42)からなり、その触媒ドメインは直鎖状アラビナンのみをエキソ型で分解した。一方、CBM42は直鎖状基質には吸着せず、アラビノキシランやアラビナンなどの分岐鎖状基質に吸着することが明らかとなった。さらに、CBM42を欠損した組換え体を作出したところ、多糖基質への活性が減少した。したがって、本CBM42は触媒ドメインの多糖基質に対する触媒反応を補助することが示唆された。従来のキシラノソームは、グルクロノキシランを含む培地で形成されるが、アラビノキシランを含む培地では形成されないことから、本CBM42はアラビノキシランを分解のターゲットとした人工酵素複合体の作出に際して、非常に有用ではないかと考えている。

由于多糖的结构多样，其有效分解需要多种酶的配合。本研究项目重点关注的酶缀合技术的优势在于，将具有不同底物特异性的酶定位在一个位置所产生的协同效应，可显着提高多糖分解的效率。这种有效的分解过程已经在自然界中观察到，在这项研究中，我们重点关注放线菌产生的木聚糖降解酶复合物（木糖体）。该复合物的形成机制尚不清楚，但由于其形成取决于培养过程中添加的木聚糖的类型，因此预计木聚糖参与其形成。因此，本研究的目的是阐明该复合物的形成机制，并进一步开发利用该机制的酶缀合技术。今年，在寻找和获取用于制造人工酶复合物的酶的过程中，我们发现了一种源自放线菌且具有独特性质的阿拉伯呋喃糖苷酶。该酶由属于碳水化合物降解酶家族 43 的催化结构域和家族 42 碳水化合物结合模块 (CBM42) 组成，该催化结构域仅降解外切形式的线性阿拉伯聚糖。另一方面，表明CBM42不吸附线性底物，而是吸附阿拉伯木聚糖和阿拉伯聚糖等支化底物。此外，当我们创建缺乏 CBM42 的重组体时，其对多糖底物的活性降低。因此，表明该CBM42有助于催化结构域对多糖底物的催化反应。传统的木聚糖体是在含有葡糖醛酸木聚糖的介质中形成的，但在含有阿拉伯木聚糖的介质中则不然，因此在创建针对阿拉伯木聚糖进行降解的人工酶复合物时，这种 CBM42 不是很有用。