モデルラン藻のアルギニン生合成系の解析

光合成を行う細菌であるラン藻は、二酸化炭素から食品添加物やバイオプラスチック原料などの有用物質を生産することが出来る。しかし、ラン藻の代謝メカニズムに関する生化学的な知見は、大腸菌や酵母よりも不足している。ラン藻による有用物質の生産性を向上させるために、代謝メカニズムの解析と理解が重要である。本研究では、モデルラン藻であるSynechocystis sp. PCC 6803(以後シネコシスティス)のアスパラギン酸やグルタミン酸、フマル酸といった代謝物が関係するアルギニン生合成系に着目した。本年度は、アルギニン生合成系の律速段階の一つであると言われているアルギニノコハク酸シンテターゼの生化学解析を行った。シネコシスティスのアルギニノコハク酸シンテターゼの酵素活性の測定法については、前年度確立にしており、複数基質に対する酵素反応速度論的なパラメーターを取得した。その結果、アルギニノコハク酸シンテターゼの比活性は、既に報告されているアルギニン生合成におけるフィードバック阻害を受ける酵素であるNAGKの比活性よりも1/10程度低いことが分かった。この結果は、シネコシスティスにおいてもアルギニノコハク酸シンテターゼが、アルギニン生合成系の律速段階であることを示唆している。また、代謝物を添加した場合の酵素活性においても、アルギニンによって顕著に阻害されていたことから、アルギニン生合成系はフィードバック阻害だけでなく、その生合成系を包括的に制御されている可能性を示唆した。続いて、これまで生化学解析を行ったアルギニノコハク酸リアーゼやアルギニノコハク酸シンテターゼを過剰発現させた株を構築し、元株であるGT株との生育速度の差異や細胞内代謝産物の定量を行った。その結果、窒素源を硝酸からアルギニンに変更した際に、これら3つの株において、細胞内のアスパラギン酸が有意に増大していることが分かった。

光合成を行う細菌であるラン藻は、二酸化炭素から食品添加物やバイオプラスチック原料などの有用物質を生産することが出来る。しかし、ラン藻の代謝メカニズムに関する生化学的な知見は、大腸菌や酵母よりも不足している。ラン藻による有用物質の生産性を向上させるために、代謝メカニズムの解析と理解が重要である。本研究では、モデルラン藻であるSynechocystis sp. PCC 6803(以後シネコシスティス)のアスパラギン酸やグルタミン酸、フマル酸といった代謝物が関係するアルギニン生合成系に着目した。本年度は、アルギニン生合成系の律速段階の一つであると言われているアルギニノコハク酸シンテターゼの生化学解析を行った。シネコシスティスのアルギニノコハク酸シンテターゼの酵素活性の測定法については、前年度確立にしており、複数基質に対する酵素反応速度論的なパラメーターを取得した。その結果、アルギニノコハク酸シンテターゼの比活性は、既に報告されているアルギニン生合成におけるフィードバック阻害を受ける酵素であるNAGKの比活性よりも1/10程度低いことが分かった。この結果は、シネコシスティスにおいてもアルギニノコハク酸シンテターゼが、アルギニン生合成系の律速段階であることを示唆している。また、代謝物を添加した場合の酵素活性においても、アルギニンによって顕著に阻害されていたことから、アルギニン生合成系はフィードバック阻害だけでなく、その生合成系を包括的に制御されている可能性を示唆した。続いて、これまで生化学解析を行ったアルギニノコハク酸リアーゼやアルギニノコハク酸シンテターゼを過剰発現させた株を構築し、元株であるGT株との生育速度の差異や細胞内代謝産物の定量を行った。その結果、窒素源を硝酸からアルギニンに変更した際に、これら3つの株において、細胞内のアスパラギン酸が有意に増大していることが分かった。