セルラーゼ糖質結合モジュールとリグニン間相互作用の高分解能ＮＭＲによる解明

点击翻译按钮获取中文摘要

木質等のリグノセルロースに含まれるセルロースは最も豊富かつ再生可能な生物資源であり、それを構成するグルコースは化成品や燃料に変換可能である。セルロースをグルコースに分解する手法としてセルラーゼ等の多糖分解酵素を用いた酵素糖化が挙げられるが、セルラーゼがリグニンに吸着し、効率を下げることが課題となっている。このリグニン-セルラーゼ間の非生産的な吸着にはセルラーゼの糖質結合モジュール(CBM)が大きく影響することが知られている。従って、本研究では糸状菌Trichoderma reesei由来セロビオヒドロラーゼI(Cel7A)が有するCBM1(TrCBM1)に着目し、リグニン-TrCBM1間の相互作用を高分解能NMRにより明らかにすることを目的としている。今年度は安定同位体標識したβ-O-4結合型リグニンオリゴマーモデルを合成し、TrCBM1との相互作用部位を、NMR化学シフト摂動法を用いて原子レベルで明らかにした。13Cラベル化リグニンモデルの2D 1H-13C HSQC NMRスペクトルを測定しつつ、そこにTrCBM1を添加した状態で再度HSQCスペクトルを測定し、シグナルの化学シフトの変化をもとにリグニンモデル上の吸着部位を評価した。重合度が4.16-4.70のリグニンモデルは芳香核由来のシグナルが主に摂動し、脂肪族やメトキシル基由来のシグナルは変化しなかったため、リグニンモデルが芳香核を中心にTrCBM1と相互作用していることが示された。一方で重合度が2.64-3.12の低分子画リグニンモデルでは、芳香核を含めたすべてのシグナルで明確な摂動が示されなかったため、TrCBM1との顕著な相互作用にはリグニンモデルの重合度4以上が必要であることが示された。以上の内容をBiotechnology for Biofuels誌に投稿し、論文発表を行った。本研究では2018年度にTrCBM1上のリグニンに対する吸着部位をアミノ酸残基レベルで明らかにしているため、リグニンとTrCBM1の両側から詳細な相互作用部位の解析を達成している。