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論文

Structure and function of $$Delta$$1-tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase, the enzyme controlling the psychoactivity of ${it Cannabis sativa}$

正山 祥生*; 玉田 太郎; 栗原 和男; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 新井 栄揮; Blaber, M.*; 正山 征洋*; 森元 聡*; 黒木 良太

Journal of Molecular Biology, 423(1), p.96 - 105, 2012/10

 被引用回数:79 パーセンタイル:89.33(Biochemistry & Molecular Biology)

$$Delta$$1-テトラヒドロカンナビノール酸(THCA)合成酵素は、基質であるカンナビゲロール酸の酸化的閉環反応を触媒し、大麻の幻覚活性をつかさどる$$Delta$$1-テトラヒドロカンナビノールの前駆体であるTHCAを合成する。本研究では、THCA合成酵素のX線結晶解析及び変異体を用いた活性測定を実施し、THCA合成酵素の機能-構造相関の解明を試みた。2.75${AA}$分解能で決定した立体構造情報に変異体解析結果を組合せことにより、THCA合成酵素の活性に寄与する残基を同定した。

論文

Crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of polyketide synthase-1 (PKS-1) from ${it Cannabis sativa}$

田口 千穂; 田浦 太志*; 玉田 太郎; 正山 祥生; 正山 征洋*; 田中 宏幸*; 黒木 良太; 森元 聡*

Acta Crystallographica Section F, 64(3), p.217 - 220, 2008/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:36.12(Biochemical Research Methods)

Polyketide synthase-1 (PKS-1) is a novel type III polyketide synthase that catalyzes biosynthesis of the hexanoyl triacetic acid lactone in ${it Cannabis sativa}$ (Mexican strain). PKS-1 was overproduced in ${it Escherichia coli}$, purified and finally crystallized in two different space groups. The crystal obtained in 0.1 M HEPES buffer (pH 7.5) containing 0.2 M calcium acetate and 20% (w/v) polyethylene glycol 3350, diffracted to 1.65 ${AA}$ resolution and belonged to space group ${it P}$1 with unit-cell parameters of a = 54.3 ${AA}$, b = 59.3 ${AA}$, c = 62.6 ${AA}$, ${it $alpha$}$ = 69$$^{circ}$$, ${it $beta$}$ = 81$$^{circ}$$, ${it $gamma$}$ = 80$$^{circ}$$. Another crystal obtained in 0.1 M HEPES buffer (pH 7.5) containing 0.2 M sodium chloride and 20% (w/v) polyethylene glycol 3350, diffracted to 1.55 ${AA}$ resolution and belonged to the space group ${it P}$2$$_{1}$$2$$_{1}$$2$$_{1}$$ with unit-cell parameters of a = 54.3 ${AA}$, b = 110 ${AA}$, c = 130 ${AA}$. These data will enable us to determine the crystal structure of PKS-1.

報告書

均圧注入系を模擬した体系に生じるカオスの研究; 受動的安全炉の特性解析,原子力基礎研究 H12-012(委託研究)

班目 春樹*; 岡本 孝司*; 田中 源太郎*; 森元 雄一郎*; 佐藤 聡*; 近藤 昌也

JAERI-Tech 2003-017, 156 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-017.pdf:5.31MB

原子炉圧力容器と格納容器気相部とを加圧管と注入管によって繋いだ均圧注入系の挙動をU字管内の液柱で模擬した実験と解析を行った。実験は、カバーガスをU字管内気相部に一定流量で注入してゆき、水位があるレベルに達するとガスを放出、水位が回復するとガス放出を停止することによって行った。実験の結果、ガス放出の周期は一定間隔とはならず、大きくばらつくことがわかった。そこで、圧力上昇時と下降時それぞれの挙動に対し線形方程式を立て、それをつないだ区分線形モデルを作成した。区分線形モデルは接線分岐,周期倍分岐,周期加算分岐といったカオス特有の性質を示したため、ガス放出の周期がばらついたのはカオスである可能性が高いことを示した。

口頭

THCA合成酵素のX線結晶構造

正山 祥生; 玉田 太郎; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 安達 基泰; 正山 征洋*; 黒木 良太; 森元 聡*

no journal, , 

THCA合成酵素は、大麻の幻覚活性を司るTHCAの生産を制御する酵素であり、基質となるCBGAを酸化的に閉環しTHCAを合成する。THCA合成酵素の反応メカニズムを解明するため、本酵素を昆虫細胞によって分泌発現させ、目的酵素試料を調製した。この試料を用いて結晶化条件を検討したところ、タンパク質濃度20mg/mL, 0.1M HEPES緩衝液pH7.5, 1.3Mクエン酸ナトリウム塩の条件で結晶化に成功した。得られた結晶を用いてX線回折実験を行ったところ、本結晶は空間群P432に属し、格子長a=b=c=179であり2.8$AA $分解能の回折データを得た。この回折データを用いて、アミノ酸配列に23%の相同性を有すGlucooligosaccharide Oxidaseの立体構造を用いて、分子置換法による解析を行い、得られた解をもとに初期モデルを構築し、精密化を行った。最終的に立体構造モデルをR-factor19.6%(R free 24.2%)まで精密化した。得られた構造情報をもとに活性部位の検討を行い、部位特異的変異導入によってTyr-484が活性に重要な残基であることを明らかにした。これらの知見から、THCA合成酵素の反応メカニズムについて考察した。

口頭

大麻ポリケタイド合成酵素の大腸菌発現及び精製

田口 千穂*; 田浦 太志*; 森元 聡*; 正山 祥生; 玉田 太郎; 黒木 良太; 正山 征洋*

no journal, , 

大麻はカンナビノイドと称される二次代謝産物を生産し、これら化合物は多発性硬化症など種々の難治性疾患に著効を示すことから医学生物学的に極めて高い注目を集めている。カンナビノイドの基本骨格はポリケタイドに由来することから、大麻ポリケタイド合成酵素はカンナビノイドの大量生産などバイオテクノロジーへの応用が期待されるキーエンザイムである。われわれは先に、大麻ポリケタイド合成酵素の大麻からのクローニングを検討し、PKS-1と称する新規酵素のcDNAを得た。次いで大腸菌での発現に成功し、組換え酵素の活性を検討したところ、PKS-1は基質特異性及び反応性の両面において既知の植物ポリケタイド合成酵素と異なる新規性の高い酵素であることを明らかにした。さらに、PKS-1の基質特異性及び酵素反応メカニズムを決定している立体構造的基盤を明らかにするため、結晶構造解析を目的として本酵素の大量発現を行うとともに、Niアフィニティーカラム及びイオン交換カラムによる精製法を確立した。この試料を用いて結晶化条件検討を行い、複数の条件で針状結晶を得ることに成功した。

口頭

Crystal structure of Delta1-tetrahydrocannabinolic acid synthase from ${it Cannabis sativa}$

正山 祥生; 玉田 太郎; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 正山 征洋*; 黒木 良太; 森元 聡*

no journal, , 

THCA synthase is the enzyme that catalyzes oxidative cyclization of cannabigerolic acid into THCA, the precursor of Delta1-tetrahydrocannabinol. In order to investigate the structure-function relationship of THCA synthase, this enzyme was overproduced in insect cells, purified and finally crystallized in 0.1 M HEPES buffer pH 7.5 containing 1.4 M sodium citrate. A single crystal suitable for X-ray diffraction measurement was obtained in 0.09 M HEPES buffer pH 7.5 containing 1.26 M sodium citrate. The crystal diffracted to 2.8 ${AA}$ resolution at beamline BL41XU, SPring-8. The crystal belonged to the primitive cubic space group P432, with unit-cell parameters a=b=c=178.2 ${AA}$. R value of the structure model was 19.6%. Active site of THCA synthase was investigated by mutation analysis using the structural information from X-ray crystallography. It was found that Tyr484 was identified to be one of the important residues in activity of THCA synthase.

口頭

Crystal structure of Delta1-tetrahydrocannabinolic acid synthase from ${it Cannabis sativa}$

正山 祥生; 玉田 太郎; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 正山 征洋*; 森元 聡*; 黒木 良太

no journal, , 

$$Delta$$1-Tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase is the enzyme that catalyzes oxidative cyclization of cannabigerolic acid into THCA, the precursor of Delta1-tetrahydrocannabinol. In order to investigate the structure-function relationship of THCA synthase, this enzyme was overproduced in insect cells, purified and finally crystallized in 0.1 M HEPES buffer pH 7.5 containing 1.4 M sodium citrate. The crystal diffracted to 2.8 A resolution at beamline BL41XU, SPring-8. The crystal belonged to the primitive cubic space group P432, with unit-cell parameters a = b = c = 178.2 ${AA}$. R value of the structure model was 19.6%. Structure of THCA synthase was divided into two domains, and there was FAD of a coenzyme between domains. Based on the structural information obtained above, amino acid mutations of the four ionizable residues (H292, Y417, E442 and Y484) located in the vicinity of FAD is now in progress to clarify their contribution on its enzymatic function.

口頭

モルヒネの代謝反応を触媒する組換え型パーオキシダーゼの調製

清水 瑠美; 安達 基泰; 黒木 良太; 山下 未知*; 森元 聡*

no journal, , 

モルヒネの酸化反応を触媒し、細胞壁強化に寄与するモルヒネパーオキシダーゼ-2(MP2)は、極めて高い基質特異性を有するため、構造生物学的観点から興味深い酵素である。そこで、MP2の構造機能相関を明らかにするために、大腸菌発現による組換え型MP2の調製に取り組んでいる。MP2のシグナル配列部分を除去した遺伝子を大腸菌で発現させたところ、組換え型MP2が不溶性タンパク質として大量発現した。変性剤で可溶化後に、還元と酸化条件下におけるSDS-PAGEでの移動度の差を指標に再生条件を検討した。再生処理後、組換え型MP2を陰イオンカラムクロマトグラフィー等で精製し、活性測定を行った結果、生成物であるビスモルヒネの生産が確認され、比活性は天然型と同等であった。また、精製品をHPLCで分析したところ、単一のピークが得られた。以上の結果は、再生した組換え型MP2が天然の酵素と同様に立体構造を形成していることを示唆している。

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