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ビリン色素合成酵素の機構解明および機能改変による新規ビリン色素合成酵素の創出

阐明胆色素合酶的机制并通过功能修饰创建新型胆色素合酶

基本信息

批准号：
21J12968
负责人：
三宅敬太
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12968/
关键词：
光遺伝学色素合成酵素ビリン色素

项目摘要

ビリン色素はAからDまでの4つのピロール環が直鎖状に並んだ色素であるが、C-D環の間の二重結合は、光受容体シアノバクテリオクロム（CBCR）の光感知に必須である。既知のビリン色素合成酵素は、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素（FDBR）と呼ばれる大きなスーパーファミリーを形成し、還元箇所が多様化しているが、A-B環の間の二重結合のみを特異的に還元する酵素は知られていない。この箇所の還元は、色素の吸収を大幅に短波長化できるため、CBCRが感知する光質も同様に短波長化できると期待される。私はビリン色素合成酵素の中でも、基質ビリベルジンのC-D環の間の二重結合とA-B環の間の二重結合を順に単結合に還元するPubSという酵素を土台に、合理的改変を施すことで、前半のC-D環の間の二重結合の還元活性のみを失活させることを目指した。現在まで2つの目標を設定し、PubS酵素を対象とした研究を実施した。1つはPubSの分子構造解析であり、X線結晶構造解析を行うための結晶化条件の検討を進めている。結晶化条件は未だに見出せていないが、AlphaFold2で構造予測をすることで、基質非結合状態の分子構造のモデルを作出することに成功した。2つ目はPubS酵素への変異を導入することで、新規の色素を合成する酵素を作出することである。予測構造と配列比較を組み合わせることで、色素の結合様式に関わると考えられるモチーフ配列を見出し、実際に変異を導入した。その結果、見出したモチーフが、色素が結合する際の色素の配向を決めており、それによって、二段階の還元反応の最初の反応が阻害されるという結果が得られた。今回の変異導入では、二段階の反応の後半の反応を阻害することができたのだが、新規の色素を合成するには、前半の反応のみを阻害する必要がある。今後、さらに変異導入を行うことで、そのような改変が実現できると期待される。

ビリン色はAからDまでの4つのピロールringがstraight-locked に andんだpigmentation であるが、C-D ring It is necessary to use the dual combination of the light receptor and the photoreceptor CBCR to sense light. Known pigment synthesis enzyme, fluorine-dependent reducing enzyme (FDBR) and large きなスーパーファミリーをformation し, reduction of the original cause of the が様化しているが, double bonding of the A-B ring ののみをspecific にreturning of the する enzyme は知られていない.この箇sho's restoration, pigment's absorption and large-scale short wavelength conversion, CBCR's perception and light quality, short wavelength conversion, and expectation. Private pigment synthesis enzyme の中でも, matrix ビリベルジンのC-D ring のbetween の double combination とA-B ring のbetween の double combination を cis に単 combination に returned yuan するP ubS というzyme を土台に, reasonable modification をShi すことで, the first half of the C-D ring のbetween の double combination ののみを inactivation させることをした. Now the target is set and the PubS enzyme is researched and applied. 1つはPubSのMolecular structure analysisであり、X-ray crystallographic structure analysisを行うためのCrystallization conditionsの検说を入めている. The crystallization conditions are as follows: the structure prediction of AlphaFold2 and the molecular structure of the matrix non-bound state are successful. 2つ目はPubS enzyme への変different を introduction することで, new rule のpigment を synthesis するzyme をmade することである. Predicted structure and arrangement comparison, combination of combinations, combination of pigments, combination of pigments, combination of combinations, and alignment. The result of その, see out of したモチーフが, pigment がcombination するinterior のpigment のalignment をdetermine めており, それによって, the second stage of the return of the original 濜のinitial 濜が hinder the されるという results られた. This chapter's の変different introduction では, second stage の応の后half の濜を hinder することができたのだが, Shingui no pigment を synthesis するには, のの濜のみを hindrance する necessary がある in the first half. From now on, we will introduce を行うことで and そのような Change 変が実Now and look forward to される.