研究の目的
食糧・環境などの分野で様々なタンパク質を遺伝子組換えにより大量生産するタンパク質工場の必要性が高まっている。麹菌(Aspergillus oryzae)は、細胞外にタンパク質を分泌生産する能力が最も高い真核生物のひとつである。本研究では、麹菌のもつ高い分泌生産能力を分子生物学的および細胞生物学的に解析を行うことにより、高純度かつ大量のタンパク質を生産するセルファクトリーとしてのスーパー麹菌の創製を目的とした。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 糸状菌の細胞内構造及び細胞表層構造の改変による高効率タンパク質生産システムの構築
(◎北本 勝ひこ/東京大学大学院農学生命科学研究科) - 固体培養環境下でのタンパク質生産制御系の解析と新規生産システムの構築
(秋田 修/(独)酒類総合研究所)
研究の内容及び主要成果
- 麹菌のもつタンパク質高分泌能を理解するために、これまでほとんど研究がなされていなかった細胞生物学的解析を進め、ゲノム情報とGFP(緑色蛍光タンパク質)を用いたバイオイメージング技術により、麹菌の全オルガネラの可視化に成功した。
- 固体培養において麹菌が高いタンパク質生産能をもつことについて、cDNA マイクロアレイを用いたトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子発現プロファイルをデータベース化した。また、麹菌におけるプロテオーム解析の手法を確立し、培養条件による分泌タンパク質の差異を明らかにした。
- 麹菌の新規宿主ベクター系(4重栄養要求性株の育種とベクターの整備)の構築、麹菌用の超迅速かつ簡便な発現プラスミド作成法の確立、さらに発現制御可能な新規プロモーターの開発など、遅れていた麹菌の分子生物学的基盤を整備した。
- 異種タンパク質生産のためのスーパー麹菌として、生産タンパク質の分解に関与する主要な5種類のプロテアーゼ遺伝子破壊株を育種し、さらに、これらをもとに高分泌変異株を取得した。また、液胞タンパク質を培地中に分泌生産する変異株の取得にも成功した。
見込まれる波及効果
麹菌の分子生物学的技術基盤が整備されたことは、麹菌のゲノム解析の完了と相まって、醸造食品製造における麹菌の働きの分子レベルでの理解に大きく貢献する。これにより、麹菌の合理的な育種が進む。また、近い将来、麹菌を用いた様々な植物や動物由来の有用なタンパク質生産が開始され、新たな発酵醸造産業が起こることが期待される。
主な発表論文
- Shoji J. et al. Vacuolar membrane dynamics in the filamentous fungus Aspergillus oryzae, Eukaryot. Cell, 5, 411-421 (2006)
- Maruyama J. et al. Differential distribution of endoplasmic reticulum network as visualized by the BipA-EGFP fusion protein in hyphal compartments across the septum of the filamentous fungus, Aspergillus oryzae , Fungal Genet Biol, in press (2006)
- Maruyama J. et al. Three-dimensional image analysis of plugging at the septal pore by Woronin body during hypotonic shock inducing hyphal tip bursting in Aspergillus oryzae, Biochem Biophys Res Commun. 331, 1081-1088 (2005)
- Ohneda M. et al. Isolation and characterization of Aspergillus oryzae vacuolar protein sorting mutants, Appl. Environ. Microbiol. ,71, 4856-4861 (2005)
研究のイメージ
