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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02909/
• 关键词: 脂肪滴; イソプレノイド; 天然ゴム; ゴム粒子; 無細胞タンパク質合成; 脂肪顆粒; ポリイソプレノイド; ポリイソプレン; プレニル鎖延長酵素; 無細胞翻訳系; プレニル鎖延⻑酵素

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。

Fat particles (LD) や ゴ ム particles (RP) な ど の で lipid a heavy layer formed さ れ る オ ル ガ ネ ラ は, 疎 waterborne compound を segregated storage 蔵 に す る こ と か ら, そ れ ら の オ ル ガ ネ ラ の membrane に kind 々 の external enzyme を configuration す る こ と で, anti 応 products internal へ を membrane accumulation さ せ る metabolic engineering program の build が may と な る と exam え ら Youdaoplaceholder0. <s:1> パ であった, LDやRPへ や タ タ パ パ the <s:1> mass transition mechanism タ ほとん <e:1> is not clarified であった. , this study で は "(1) a heavy layer of lipid オ ル ガ ネ ラ membrane へ の transitional に necessary な タ ン パ ク qualitative モ チ ー フ と system of the royal institution の interpret" し, そ の institutions を 応 with す る こ と で "(2) a lipid layer オ ル ガ ネ ラ membrane へ の import foreign enzyme に よ る useful 疎 waterborne compound production is の construct" を line う こ と を target と し て い る. は, written in 2020 (1) に masato す る research topic と し て, "subject 1 LD membrane transitional タ ン パ ク qualitative の with" と "topic 2. No cell タ ン パ ク 発 department を now using し た LD へ の タ ン パ ク mass import department の 発" を parallel し て を line な っ た. パ ラ ゴ ム ノ キ の RP の membrane に は, SRPP と shout ば れ る function unknown の タ ン パ ク qualitative が high accumulation し て い る. The また and SRPPと are similar to the を configuration. The するREF また is similar to the に high accumulation て る る. Side, plant origin の LD membrane タ ン パ ク qualitative に は, SRPP と match column similarity を す in LDAP や MLDP と shout ば れ る タ ン パ ク qualitative が high accumulation し て い る. そ こ で, こ れ ら の lipid a heavy layer オ ル ガ ネ ラ に overlap among し た membrane タ ン パ ク mass migration institutions exist が す る こ と を think し, this study で は ま ず, SRPP, REF, LDAP, MLDP を parsing like と seaborne す る こ と と し た. ま ず, LD へ の タ ン パ ク mass migration を parsing す る た め の gimmick と し て, plant cell よ り LD を refined し, そ れ を cell free タ ン パ ク qualitative GeChengXi に add す る こ と で, turn 訳 folding り 畳 み と さ total service せ な が ら foreign タ ン パ ク qualitative を import す る started を 発 し た. こ の ア ッ セ イ department に お い て, GFP タ ン パ ク qualitative は LD へ ほ と ん ど import さ れ な か っ た が, LDAP/MLDP を fusion さ せ た GFP は clear に LD membrane に import さ れ た た め, こ の review が 価 department annual in の research projects に may apply で あ る こ と が shown さ れ た.

项目成果

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

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

• 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
• 作者: 高橋 征司;和氣 駿之;中山 亨
• 通讯作者: 中山 亨

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

• 发表时间: 2020
• 期刊: 生物工学会誌
• 作者: 小段篤史;植田和光;高橋 征司
• 通讯作者: 高橋 征司

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

• 发表时间: 2020
• 作者: 飯塚 恭平;石井 義孝;桐村 光太郎;Seiji Takahashi
• 通讯作者: Seiji Takahashi