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

β-半乳糖苷酶的结构分析，阐明β-半乳糖苷的益生元功能

• 批准号: 15F15091
• 负责人: 伏信 進矢
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-07-29 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15091/
• 关键词: 腸内細菌; 構造生物学; 酵素学

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 bacteria や ラ ク ト バ チ ル ス belong to bacterial な ど, ヒ ト の health に send す る intestinal bacteria が hold つ saccharide decomposing enzyme の う ち, フ ァ ミ リ ー に 42 genera す る enzyme は main に beta ガ ラ ク ト シ ダ ー ゼ に genus す る が, そ の in に は, ラ ク ト ー ス (lactose) だ け で な く, ヒ ト の milk に の み containing ま れ る complex 雑 な オ リ ゴ sugar, の plant 繊 d (cell) in food contains に ま れ る ア ラ ビ ノ ガ ラ ク タ ン, Korean ginseng に ま れ る special な sugar lock な ど, others 々 な sugar を decomposition す る も の が containing ま れ て い る. This study で は, こ れ ら の enzyme の X-ray crystal structure parsing を い, そ の molecular institutions を Ming ら か に し て い く こ と を purpose と す る. Five species, including BlBal42B, Bga42C, LaGal42B, LaGal42A, and BlArap42B, <s:1> ファ, リ, リ, <s:1> 42 enzyme ら, <s:1>, escherichia coli における, are abundantly present, および refining, を structure, <s:1>, crystalline structure analysis, を rows, なった. そ の う ち, BlArap42B が GH42 で は early め て の alpha L - ア ラ ビ ノ ピ ラ ノ シ ダ ー ゼ で あ る こ と を 発 see し た. BlArap42 の pNP - alpha - L - ア ラ ビ ノ ピ ラ ノ シ ド に す seaborne る dynamics パ ラ メ ー タ を decided し, そ の Km が about 5 mM で あ る こ と を Ming ら か に し た. ま た pNP - beta - D - ガ ラ ク ト ピ ラ ノ シ ド に す seaborne る active は そ の 0.15% degree で あ り, high い substrate specificity が さ れ た. Natural (plant) に す る alpha L - ア ラ ビ ノ ピ ラ ノ シ ド containing matrix で あ る ペ オ ノ リ ド を decomposition す る こ と も Ming ら か に し た. さ ら に BlArap42B の crystallization に し success, decomposition can 2.03 A (オ ン グ ス ト ロ ー ム) で matrix フ リ ー state を の crystallization structure determine し た. Youdaoplaceholder0, ペ また ノリドと ノリドと the structure of the <s:1> complex をドッキ グ グ the analysis of によ gives た. Usually, the <s:1> ファ, リ, ファ, 42β-ガラ, トシダ, トシダ, ゼと active center <s:1> structure を is more similar to た た. の special な そ の results, the enzyme substrate specificity の key と な る 2 つ の ト リ プ ト フ ァ ン residues を specific し, 1 - を し た, そ の dynamics パ ラ メ ー タ を decided し, the comparison of the wild-type enzyme と し た.

项目成果

Diversity in β-galactosidase specificities within Bifidobacterium: toward and understanding of β-galactoside metabolism in the gut niche

双歧杆菌内β-半乳糖苷酶特异性的多样性：肠道生态位中β-半乳糖苷酶代谢的研究和理解

• 发表时间: 2015
• 作者: A. H. Viborg;M. A. Hachem;T. Katayama;L. Lo Leggio;M. Kitaoka;S. Fushinobu;B. Svensson
• 通讯作者: B. Svensson

Diversity in &#x3b2;-galactosidase Specificities within <i>Bifidobacterium</i>: Towards an Understanding of &#x3b2;-Galactoside Metabolism in the Gut Niche

多样性

• DOI: 10.4052/tigg.1436.4e
• 发表时间: 2015
• 期刊: Trends in Glycoscience and Glycotechnology
• 影响因子: 0.3
• 作者: A. H. Viborg

Research tools by Alexander Holm Viborg

亚历山大·霍尔姆·维堡的研究工具

デンマーク工科大学/コペンハーゲン大学(デンマーク)

丹麦技术大学/哥本哈根大学（丹麦）