酵素の工業利用のためにＡＴＰ依存性のリン酸化酵素をピロリン酸依存性に改良する方法

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リン酸化酵素は、リン酸基の転移反応を触媒するが、ほとんどの場合ATPからリン酸基を受け取る。酵素は穏やかな条件で目的産物を純度良くつくるので工業的にも利用されるものの、リン酸化酵素ではATPにかかる費用がその利用の妨げになる。本研究では、より安価な化合物であるピロリン酸を利用する新規リン酸化酵素の立体構造に基づいて、ピロリン酸を利用する酵素をたくさん得ることを目指した。平成29年度は、前年度に得たピロリン酸依存性イノシトールリン酸化酵素（PPi-IK）の構造情報に基づいて、ATP依存性酵素のピロリン酸依存性への改良と、ゲノムデータベースにおける新たなピロリン酸依存性酵素の探索を行った。酵素改良については、いくつかの類似酵素に対してPPi-IKのピロリン酸認識に特徴的な残基を導入したり、PPi-IKと類似酵素とのキメラ酵素を作製するなどして、新たなピロリン酸依存性酵素の作製を試みたが、目的の活性を示す酵素は得られていない。一方、酵素改良の代わりに、ゲノムマイニングを利用することで新たなピロリン酸依存性酵素を見出すことに成功した。PPi-IKのピロリン酸認識に特徴的な残基を指標にして、ゲノムデータベースから新規のピロリン酸依存性酵素を探索した。その結果、特徴的な残基をもつピロリン酸依存性酵素の候補が、50個見つかった。いくつかの候補を大腸菌で発現させて活性を確認したところ、実際にピロリン酸を選択的に利用してリン酸化反応を行うことが分かった。さらに、その生成物はPPi-IKと異なっていた。今回の結果から、PPi-IKに特徴的な残基を目印にすることで、ゲノムデータベースから様々な基質をピロリン酸依存的にリン酸化する酵素が次々に見つかると期待できる。これまでに得られた成果を論文にまとめ、Nature Communications誌にオンライン掲載された。