天然ゴム合成コア酵素の試験管内再構成に成功 －AI を利用し酵素構造を予測－

天然ゴム合成コア酵素の試験管内再構成に成功－AI を利用し酵素構造を予測－

2022年4月14日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科　バイオ工学専攻　准教授　高桥征司

【発表のポイント】

天然ゴム生合成装置の最小酵素単位を试験管内で再构成することに成功した。
本研究により、ゴム合成メカニズムの解明へ大きく前进することが期待される。

【概要】

埼玉大学大学院理工学研究科の戸泽譲教授、住友ゴム工业株式会社、金沢大学理工研究域物质化学系の山下哲准教授、东北大学大学院工学研究科の高桥征司准教授らの共同研究グループは、独自の膜タンパク质再构成システムの构筑により、天然ゴムを生产する植物パラゴムノキおよびグアユールに由来する特定の２种类のタンパク质因子の组合せにより、天然ゴムの基本骨格となるポリイソプレンを合成する酵素の活性を试験管内で再现することに成功しました。

天然ゴムは、タイヤ製造をはじめとする様々な产业用途に重要な植物由来の资源であることから、长年に渡りその生合成に関する研究が进められてきました。これまでにも、上记の共同研究グループは、パラゴムノキ由来のゴム粒子を材料として、世界に先駆けて天然ゴム生合成装置の构成因子の同定を进めて来ましたが、コア酵素サブユニットの完全な触媒机能の証明には至っていませんでした。今回、埼玉大学のグループでは、これまで培ってきた膜タンパク质合成系に平面膜复合体である「ナノディスク」を利用することにより、完全な试験管内での天然ゴム合成コア酵素の再构成に至りました。さらに、最近开発された础滨技术に基づくタンパク质高次构造予测システムを採り入れることにより、个々のサブユニット同士の会合様式を予测するに至ると同时に、それぞれのサブユニットが独自の膜结合领域を有すること、この膜结合领域の机能欠损が酵素机能丧失を招くことなども明らかにしました。

本成果は、戸澤研究室の博士課程１年生の黒岩風さんを筆頭著者として、2022年3月8日（英国時間）に、英国科学雑誌『Scientific Reports』に公開されました。

図１. タンパク質-ナノディスク複合体の精製と酵素活性測定. A. ナノディスクを用いた膜タンパク質再構成系の概要。 B. 翻訳反応液と精製後のサンプルに含まれるタンパク質泳動の結果。コムギ胚芽抽出液の内在性タンパク質はほとんど除去されており、夾雑物の少ない目的タンパク質-ナノディスク複合体の精製が可能になりました。 C. 酵素活性試験の結果。HRT1とHRBPを共発現させたナノディスクでのみ、基質であるイソプレンの重合反応が生じていることが分かりました。 D. 酵素活性試験によって生じた反応生成物の解析。イソプレン単位 (炭素数5) ごとのラダー状の反応生成物が検出され、イソプレンの重合反応が生じていることが確認できました。鎖長としては、炭素数75程度までのポリイソプレンが検出されました。

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