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。

由于多糖具有多种结构，因此有效的降解需要各种酶的相互作用。该研究主题中重点介绍的酶结合技术的优势在于，由于在一个位置中定位具有不同底物特异性的酶产生的协同效应，它大大提高了多糖降解的效率。在自然界中也观察到了这种有效的降解过程，在这项研究中，我们集中于放线菌产生的二甲烷降解酶复合物（xylanosom）。这种复合物的形成机理尚不清楚，但是由于形成的存在或不存在取决于培养过程中添加的Xylan的类型，因此预计Xylan参与其形成。因此，这项研究旨在阐明这种复合物的形成机制，并开发利用该机制的酶结合技术。今年，由于搜索和获取酶以生产人工酶复合物，因此发现了具有源自放线菌的独特特性的阿拉伯呋喃糖苷酶。该酶由属于碳水化合物降解酶家族的催化结构域和42个家族42碳水化合物结合模块（CBM42）组成，该模块仅降解外exoform中的线性阿拉伯烷。另一方面，已经揭示了CBM42并不吸附到线性底物上，而是对诸如阿拉伯氧基和阿拉伯烷等分支链底物的吸附。此外，当产生CBM42缺乏的重组时，其对多糖底物的活性减少了。因此，建议目前的CBM42有助于催化结构域与多糖底物的催化反应。常规的二甲烷体在含有葡萄糖醛酸的培养基中形成，但未在含有阿拉伯木基素的培养基中形成，因此我们认为，该CBM42在使用阿拉伯酰氧基丙烷作为降解的靶标中生产人工酶络合物非常有用。