βガラクトシドのプレバイオティクス機能解明にむけたβガラクトシダーゼの構造解析

ビフィズス菌やラクトバチルス属細菌など、ヒトの健康に寄与する腸内細菌が持つ糖質分解酵素のうち、ファミリー４２に属する酵素は主にβ-ガラクトシダーゼに属するが、その中には、ラクトース（乳糖）だけでなく、ヒトの母乳にのみ含まれる複雑なオリゴ糖、食品中の植物繊維（細胞壁）に含まれるアラビノガラクタン、朝鮮人参に含まれる特殊な糖鎖など、様々な糖質を分解するものが含まれている。本研究では、これらの酵素のＸ線結晶構造解析を行い、その分子機構を明らかにしていくことを目的とする。BlBal42B、Bga42C、LaGal42B、LaGal42A、BlArap42Bの５種類のファミリー４２酵素らの大腸菌における大量発現系および精製系を構築し、結晶構造解析を行なった。そのうち、BlArap42BがGH42では初めてのα-L-アラビノピラノシダーゼであることを発見した。BlArap42のpNP-α-L-アラビノピラノシドに対する動力学的パラメータを決定し、そのKmが約5 mMであることを明らかにした。またpNP-β-D-ガラクトピラノシドに対する活性はその0.15%程度であり、高い基質特異性が示された。天然（植物）に存在するα-L-アラビノピラノシド含有基質であるペオノリドを分解することも明らかにした。さらにBlArap42Bの結晶化に成功し、分解能2.03A（オングストローム）で基質フリー状態の結晶構造を決定した。また、ペオノリドとの複合体構造をドッキング解析により得た。通常のファミリー４２β-ガラクトシダーゼと活性中心の構造を比較した。その結果、本酵素の特殊な基質特異性の鍵となる２つのトリプトファン残基を特定し、変異体を作成した後、その動力学的パラメータを決定し、野生型酵素と比較した。

ビフィズス菌やラクトバチルス属細菌など、ヒトの健康に寄与する腸内細菌が持つ糖質分解酵素のうち、ファミリー４２に属する酵素は主にβ-ガラクトシダーゼに属するが、その中には、ラクトース（乳糖）だけでなく、ヒトの母乳にのみ含まれる複雑なオリゴ糖、食品中の植物繊維（細胞壁）に含まれるアラビノガラクタン、朝鮮人参に含まれる特殊な糖鎖など、様々な糖質を分解するものが含まれている。本研究では、これらの酵素のＸ線結晶構造解析を行い、その分子機構を明らかにしていくことを目的とする。BlBal42B、Bga42C、LaGal42B、LaGal42A、BlArap42Bの５種類のファミリー４２酵素らの大腸菌における大量発現系および精製系を構築し、結晶構造解析を行なった。そのうち、BlArap42BがGH42では初めてのα-L-アラビノピラノシダーゼであることを発見した。BlArap42のpNP-α-L-アラビノピラノシドに対する動力学的パラメータを決定し、そのKmが約5 mMであることを明らかにした。またpNP-β-D-ガラクトピラノシドに対する活性はその0.15%程度であり、高い基質特異性が示された。天然（植物）に存在するα-L-アラビノピラノシド含有基質であるペオノリドを分解することも明らかにした。さらにBlArap42Bの結晶化に成功し、分解能2.03A（オングストローム）で基質フリー状態の結晶構造を決定した。また、ペオノリドとの複合体構造をドッキング解析により得た。通常のファミリー４２β-ガラクトシダーゼと活性中心の構造を比較した。その結果、本酵素の特殊な基質特異性の鍵となる２つのトリプトファン残基を特定し、変異体を作成した後、その動力学的パラメータを決定し、野生型酵素と比較した。