オリゴ糖ライブラリーの調製と利用

• 担当機関: （独）食品総合研究所
• 研究期間: 2004～2005
• 研究担当者: 北岡本光
• 発行年度: 2005
• 要約: 糖質関連酵素の基質認識を解明することを目的としてオリゴ糖ライブラリー調製、ライ ブラリーを利用した糖質関連酵素の機能解析、および新規なライブラリー調製法の開発 を行った。まず、β1,4 結合と β1,3 結合が混在したヘテログルコオリゴ三~五糖完全ライ ブラリーを構築した。機能解析では、グルコ/キシロオリゴ糖ライブラリーを用いて見 いだした新規酵素である還元末端特異性エキソオリゴキシラナーゼ(REX)の構造解析を 行い、反応特性を示す構造基盤を明らかにした。調製法の開発では、四種類の GH10 キ シラナーゼを α-キシロビオシルフルオリドをドナーとしキシロオリゴ糖をアクセプタ ーとした合成反応を触媒するグライコシンターゼに変換した。
• キーワード: キシラナーゼ、糖鎖合成、グライコシンターゼ
• 背景・ねらい: 酵素反応の高い基質特異性は、酵素が基質を特異的に認識・結合して反応を行うことにより得られる。に糖質関連酵素は基質中に多数存在する水酸基の内の一部あるいは全部が対応するアミノ酸残基と相互 作用することにより基質認識を行っている。これらの基質認識は、酵素の基質特異性情報と X 線結晶解析結果を参照することにより、明確に理解することが可能である。しかしながらオリゴ糖並びに多糖に作 用する酵素に関しては、天然に得られるオリゴ糖の種類が極めて限られることから、詳細な基質認識情報 を得る方法が難しかった。本研究では基本骨格からわずかに異なる構造を持つオリゴ糖を個々に調製する ことによりオリゴ糖ライブラリーを構築し、それらに対する酵素の作用を網羅的に調べることにより基質 認識の基質側の情報を詳細に得ることを目的とする。
• 成果の内容・特徴: 1.セロデキストリンホスホリラーゼおよびラミナリビオースホスホリラーゼを用いることにより、β1,4 結合とβ1,3 結合が混在したヘテログルコオリゴ糖の三~五糖の完全ライブラリーを構築した(図1)。; 2.グルコ-キシロオリゴ糖ライブラリーにより特性の解明された還元末端キシロース遊離エキソキシラ ナーゼ(REX)の構造を解析し、還元末端特異性機構を与える構造基盤を解明した(図2)。; 3.糖加水分解酵素ファミリー10に属する四種類のキシラナーゼをグライコシンターゼに変換した。得 られた変異酵素はα-キシロビオシルフルオリド(X2F)をドナーとし、キシロオリゴ糖をアクセプターと した合成反応を触媒した。X2Fみを基質としたときはキシロースがβ1,4 結合したホモポリマーを生した(図3)。アクセプター特異性は酵素により異なり重合度2以上のキシロオリゴ糖に作用する酵 素(図4:酵素1,4)と重合度3以上でないと作用しない酵素(図4:酵素2,3)に分類された。
• 成果の活用面・留意点: 本研究で作成したオリゴ糖ライブラリーは生理活性研究に転用することが可能である。ライブラリーの 中から生理活性の高い特定のオリゴ糖を見いだすことができれば大量調製も可能である。