植物特化代謝産物に構造的多様性をもたらす特化メタボロン

研究代表者

和氣 駿之　

東北大学大学院工学研究科 助教

陸上植物に広く保存された酵素間相互作用（PPI）を介したカルコン合成酵素（CHS）の生成物特異性あいまいさの矯正機構に着目し、特化代謝産物の構造多様性を生む進化基盤を維持しつつ代謝を効率化するメカニズムを解析します。

  1. 進化的に保存されたPPI界面構造の特徴およびPPI消失に伴うCHSの機能分化機構の解明
  2. 環境ストレスに応答した特化メタボロン構造変化に伴う基質チャネリング様式変化の解析

研究概要

A02班では、陸上植物の特化メタボロンに保存された‘構造多様性を生む進化基盤を維持しつつ代謝を効率化するメカニズム’を明らかにします。

本研究では、申請者らが明らかにしたカルコン異性化酵素類似タンパク質（CHIL）によるPPIを介したカルコン合成酵素（CHS）の多義性矯正機構に着目し、植物ポリケタイド生合成系において構造多様性を生む進化基盤を解析します。具体的には、最近明らかにしたCHS-CHILのX線結晶構造を基に①進化的に保存されたPPI界面構造の特徴およびPPI消失に伴うCHSの機能分化機構を解析します。また、近接依存性ビオチン標識法によりフラボノイドおよびキサントンといったポリケタイド生合成系における②環境ストレスに応答したメタボロン構造変化を解析します。これにより、植物特化代謝産物がどのようにして効率的な代謝を維持しながら多様な構造を獲得するに至ったか理解を深めることができ、「特化メタボロン」という学理を深化することが可能となります。

参考文献

  1. Waki, T., Imaizumi, R., Uno, K., Doi, Y., Tsunashima, M., Yamada, S., Mameda, R., Nakata, S., Yanai, T., Takeshita, K., Sakai, N., Kataoka, K., Yamamoto, M., Takahashi, S., Nakayama, T., Yamashita, S. "Structural insights into catalytic promiscuity of chalcone synthase from Glycine max (L.) Merr.: Coenzyme A-induced alteration of product specificity" Biochemical and Biophysical Research Communications, 150080, (2024).
  2. Waki, T., Takahashi, S., Nakayama, T. "Managing enzyme promiscuity in plant specialized metabolism: A lesson from flavonoid biosynthesis: Mission of a 'body double' protein clarified." BioEssays, 43(3), e2000164 (2021).
  3. Waki, T., Imaizumi, R., Uno, K., Doi, Y., Tsunashima, M., Yamada, S., Mameda, R., Nakata, S., Yanai, T., Takeshita, K., Sakai, N., Kataoka, K., Yamamoto, M., Takahashi, S., Nakayama, T., Yamashita, S. "Crystal structure of chalcone synthase, a key enzyme for isoflavonoid biosynthesis in soybean" Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 88(12), 1674–1681 (2020).
  4. Waki, T., Mameda, R., Nakano, T., Yamada, S., Terashita, M., Ito, K., Tenma, N., Li, Y., Fujino, N., Uno, K., Imaizumi, R., Sakai, N., Yamamoto, M., Kataoka, K., Takahashi, S., Nakayama, T. "A conserved strategy of chalcone isomerase-like protein to rectify promiscuous chalcone synthase specificity." Nature Communications, 11, 870 (2020).
  5. Nakayama, T., Takahashi, S., Waki, T. " Formation of Flavonoid Metabolons: Functional Significance of Protein-Protein Interactions and Impact on Flavonoid Chemodiversity" Frontiers in Plant Science, 10, 821 (2019).