植物二次代謝の高効率な生合成の鍵となるメタボロンの構造解析と膜上動態イメージング

代谢物的结构分析和膜动力学成像是植物次生代谢高效生物合成的关键

• 批准号: 22KJ1466
• 负责人: 今泉 璃城
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1466/
• 关键词: 植物二次代謝; イソプレノイド; フラボノイド; 結晶構造解析

本研究は，植物のイソフラボン及び天然ゴム生合成において、進化の過程でつくりだした酵素複合体がダイナミックに動く姿と，分子レベルでの詳細な構造を捉え、高効率な生合成の謎を解明することを目的としている．本年度は，高効率な生合成の鍵と考えられる代謝酵素複合体（メタボロン）の実像に迫るため，複合体の単離・精製・結晶化方法の検討を行った．条件検討の結果，カルコン生合成酵素とメタボロン構成因子Aとの複合体単離ならびに結晶化に成功し，原子分解能でのデータセットが得られた．現在，位相決定を試みている．また，採用時の年度計画に沿い，質量分析による相互作用部位同定や高速バイオAFMによる動的な構造解析も進め，メタボロン形成による効率化機構の解明を目指している．また，昨年度新規決定したトマト由来ネリル二リン酸合成酵素（NDPS1）について，基質アナログとの複合体構造を3種類決定した．本構造から，類似酵素で酵素活性への影響が示されていたC末端領域のターンオーバーに伴う動的な構造変化の可能性を示した．また，NDPS1のアポ体構造において構造的に示唆されたN末端ジスルフィド結合について種々の解析を行い，本結合が溶液中で実際に存在することを確認し，酵素活性への影響を明らかにした．さらに，昨年度報告した変異型NDPS1についても原子分解能での構造決定に成功し，生成物特性の変化に関して新たな知見を得た．NDPS1の解析結果については，複数の学会発表を行い，内1件で若手優秀発表賞を受賞した．

This study aims to clarify the detailed structure and high efficiency of enzyme complexes in plants and their natural biosynthesis and evolution processes. This year, we conducted a study on the synthesis, purification and crystallization of metabolic enzyme complexes with high efficiency. As a result of the conditional investigation, the complex of the enzyme and the constituent factor A was successfully crystallized, and the atomic decomposition energy was successfully obtained. Now, the phase is decided. In addition, the annual planning, mass analysis, identification of interaction sites, structural analysis of high-speed AFM, structural analysis, and analysis of efficiency mechanisms are adopted. The new regulation was adopted yesterday to determine the origin of the enzyme NDPS1 and the structure of the matrix NDPS complex. The structure of this invention shows the possibility of structural transformation in the C-terminal domain due to the influence of enzyme-like activity. In addition, the analysis of NDPS1 protein structure showed that the N-terminal protein of NDPS 1 was present in solution, and the effect of enzyme activity was confirmed. Today, in the annual report of NDPS1, the structural determination of atomic decomposition energy was successfully carried out, and new knowledge about the transformation of product characteristics was obtained. The analysis results of NDPS1 were successfully carried out, and the results of multiple learning were carried out. One of the outstanding achievements was awarded.

项目成果

ゴム合成酵素類似酵素の立体構造解明と活性制御機構の発見

类橡胶合成酶三维结构的阐明及活性控制机制的发现

• 发表时间: 2022
• 作者: Kutsukawa Ryo;Imaizumi Riki;Suenaga‐Hiromori Miki;Takeshita Kohei;Sakai Naoki;Misawa Shuto;Yamamoto Masaki;Yamaguchi Haruhiko;Miyagi‐Inoue Yukino;Waki Toshiyuki;Kataoka Kunishige;Nakayama Toru;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji;今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲
• 通讯作者: 今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲

植物フラボノイド経路の初発酵素であるカルコン合成酵素の構造と機能 -メタボロンを構成する意義-

查尔酮合酶的结构和功能，植物类黄酮途径的起始酶 - 形成代谢物的意义 -

• 发表时间: 2021
• 作者: Kutsukawa Ryo;Imaizumi Riki;Suenaga‐Hiromori Miki;Takeshita Kohei;Sakai Naoki;Misawa Shuto;Yamamoto Masaki;Yamaguchi Haruhiko;Miyagi‐Inoue Yukino;Waki Toshiyuki;Kataoka Kunishige;Nakayama Toru;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji;今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲;今泉璃城，和氣駿之，中多 舜，久保大樹，坂井直樹，竹下浩平，片岡邦重，中山亨，山下哲
• 通讯作者: 今泉璃城，和氣駿之，中多 舜，久保大樹，坂井直樹，竹下浩平，片岡邦重，中山亨，山下哲

Studies on allylic substrate recognition and prenyl-chain elongation mechanism in cis-Prenyltransferase from plant

植物顺式异戊二烯转移酶烯丙基底物识别及异戊二烯基链延长机制研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Riki Imaizumi;Ryo Kutsukawa;Miki Suenaga;Haruhiko Yamaguchi;Yukino Miyagi-Inoue;Kazuhisa Fushihara;Toru Nakayama;Satoshi Yamashita and Seiji Takahashi
• 通讯作者: Satoshi Yamashita and Seiji Takahashi

植物由来短鎖シス型プレニルトランスフェラーゼに特有なN末端領域の構造的特徴と酵素活性に与える影響

植物源短链顺式异戊二烯转移酶N端区域的结构特征及其对酶活性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kutsukawa Ryo;Imaizumi Riki;Suenaga‐Hiromori Miki;Takeshita Kohei;Sakai Naoki;Misawa Shuto;Yamamoto Masaki;Yamaguchi Haruhiko;Miyagi‐Inoue Yukino;Waki Toshiyuki;Kataoka Kunishige;Nakayama Toru;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji;今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲
• 通讯作者: 今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲

植物由来短鎖cPTの末端ランダム領域の構造解明と酵素機能への重要性

植物源短链 cPT 末端随机区域的结构阐明及其对酶功能的重要性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kutsukawa Ryo;Imaizumi Riki;Suenaga‐Hiromori Miki;Takeshita Kohei;Sakai Naoki;Misawa Shuto;Yamamoto Masaki;Yamaguchi Haruhiko;Miyagi‐Inoue Yukino;Waki Toshiyuki;Kataoka Kunishige;Nakayama Toru;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji;今泉璃城，三沢柊人，竹下浩平，坂井直樹，山口晴彦，宮城ゆき乃，片岡邦重，中山享，高橋征司，山下哲;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲
• 通讯作者: 今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲