大型放射光施設 SPring-8

メタノールをエネルギー源として利用する酵母において重要な役割を担う酵素の立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて高精度で解明しました。その結果、よく似た構造の2種類の酵素が環境に応じて異なる働きをする仕組みが明らかとなりました。

カーボンニュートラル社会の実現に向けて、メタノールの効率的な資源化が注目されています。本研究では、より効率的なメタノール利用の鍵を探るため、メタノールで成長する酵母 Ogataea methanolica におけるアルコールオキシダーゼ(AOD)という酵素に着目し、その構造と機能の違いをクライオ電子顕微鏡を用いて明らかにしました。AODには複数の種類があり、細胞のエネルギー代謝の出発点となる、メタノールをホルムアルデヒドへと変換する反応においては、それぞれ異なる働きをすることで円滑なメタノール代謝を実現していることが知られていましたが、そのような性質の違いが生じる理由はこれまで明らかではありませんでした。　本研究では、各AODの立体構造を詳細に比較しました。その結果、全体の構造は類似しているものの、酵素の働きを助ける補酵素の結合様式や、周囲のアミノ酸配置に違いがあることが分かりました。これらの違いが酵素の安定性や電子伝達効率に影響し、結果として酵素活性の差異を生み出している可能性が示唆されました。さらに、タンパク質外周の構造の違いが、酵素活性の安定化に関与していることも明らかになりました。これらの知見から、わずかな構造差が酵素機能に大きな影響を与えることが示されました。この成果は、酵素の分子機構の理解を深めるとともに、高効率な酵素設計や、微生物や酵素を利用したバイオプロセス開発につながると期待されます。

論文情報
雑誌名：Microbial Biotechnology
タイトル：Cryo-EM structures of alcohol oxidase isozymes reveal structural determinants of cofactor variation and enzymatic activity in Ogataea methanolica
著者：Hao-Liang Cai¹, Atsuhiro Shimada^1,2,3, Tasuku Hamaguchi^4,5, Akira Mizoguchi⁶, Koji Yonekura^4,5, Kyohei Tsuchiyama², Masaya Shimada^1,2,3,7, Akio Ebihara^1,2,3,7, Kazutoshi Tani^6,8,9,*, Tomoyuki Nakagawa^1,2,3,7,*
1 The United Graduate School of Agricultural Sciences, Gifu University, 1-1 Yanagido, Gifu 501-1193, Japan.
² The Graduate School of Natural Sciences and Technologies, Gifu University, 1-1 Yanagido, Gifu 501-1193, Japan.
³ Faculty of Applied Biological Sciences, Gifu University, 1-1 Yanagido, Gifu 501-1193, Japan.
⁴ RIKEN SPring-8 Center, 1-1-1, Kouto, Sayo, Hyogo 679-5148, Japan.
⁵ Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University, 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, Japan.
⁶ Graduate School of Medicine, Mie University, 2–174 Edobashi Tsu, Mie 514-8507, Japan.
⁷ Preemptive Food Research Center, Gifu University, 1-1 Yanagido, Gifu, 501-1193, Japan.
⁸ Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8577, Japan.
⁹ Center for Quantum and Information Life Sciences, University of Tsukuba, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8577, Japan.
掲載日：2026年4月18日
DOI：10.1111/1751-7915.70355