2025/01/06 更新

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カナオ タダヨシ
金尾 忠芳
KANAO Tadayoshi
所属
環境生命自然科学学域 教授
職名
教授
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 2002年11月   京都大学 )

所属学協会

 

論文

  • Illumina-based transcriptomic analysis of the fast-growing leguminous tree Acacia crassicarpa: functional gene annotation and identification of novel SSR-markers 査読

    Shougo Ishio, Kazutaka Kusunoki, Michiko Nemoto, Tadayoshi Kanao, Takashi Tamura

    Frontiers in Plant Science   15   2024年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Frontiers Media SA  

    Acacia crassicarpa is a fast-growing leguminous tree that is widely cultivated in tropical areas such as Indonesia, Malaysia, Australia, and southern China. This tree has versatile utility in timber, furniture, and pulp production. Illumina sequencing of A. crassicarpa was conducted, and the raw data of 124,410,892 reads were filtered and assembled de novo into 93,317 unigenes, with a total of 84,411,793 bases. Blast2GO annotation, Benchmark Universal Single-Copy Ortholog evaluation, and GO-term classification produced a catalogue of unigenes for studying primary metabolism, phytohormone signaling, and transcription factors. Massive transcriptomic analysis has identified microsatellites composed of simple sequence repeat (SSR) loci representing di-, tri-, and tetranucleotide repeat units in the predicted open reading frames. Polymorphism was induced by PCR amplification of microsatellite loci located in several genes encoding auxin response factors and other transcription factors, which successfully distinguished 16 local trees of A. crassicarpa tested, representing potentially exploitable molecular markers for efficient tree breeding for plantation and biomass exploitation.

    DOI: 10.3389/fpls.2024.1339958

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  • Tetrathionate hydrolase from the acidophilic microorganisms. 査読 国際誌

    Tadayoshi Kanao

    Frontiers in microbiology   15   1338669 - 1338669   2024年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Tetrathionate hydrolase (TTH) is a unique enzyme found in acidophilic sulfur-oxidizing microorganisms, such as bacteria and archaea. This enzyme catalyzes the hydrolysis of tetrathionate to thiosulfate, elemental sulfur, and sulfate. It is also involved in dissimilatory sulfur oxidation metabolism, the S4-intermediate pathway. TTHs have been purified and characterized from acidophilic autotrophic sulfur-oxidizing microorganisms. All purified TTHs show an optimum pH in the acidic range, suggesting that they are localized in the periplasmic space or outer membrane. In particular, the gene encoding TTH from Acidithiobacillus ferrooxidans (Af-tth) was identified and recombinantly expressed in Escherichia coli cells. TTH activity could be recovered from the recombinant inclusion bodies by acid refolding treatment for crystallization. The mechanism of tetrathionate hydrolysis was then elucidated by X-ray crystal structure analysis. Af-tth is highly expressed in tetrathionate-grown cells but not in iron-grown cells. These unique structural properties, reaction mechanisms, gene expression, and regulatory mechanisms are discussed in this review.

    DOI: 10.3389/fmicb.2024.1338669

    PubMed

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  • Recombinant expression using the tetrathionate hydrolase promoter in Acidithiobacillus ferrooxidans 査読

    Tadayoshi Kanao, Tomoki Kunihisa, Shuji Ohgimoto, Megumi Ito, Chisa Murakami, Hisayuki Nakayama, Takashi Tamura, Kazuo Kamimura

    J. Biosci. Bioeng.   135 ( 3 )   176 - 181   2023年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    In the iron- and sulfur-oxidizing acidophilic chemolithoautotrophic bacterium, Acidithiobacillus ferrooxidans, tetrathionate hydrolase gene (Af-tth) is highly expressed during tetrathionate growth. The expression levels of Af-tth were specifically determined by quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction and the expression ratios of S0/Fe2+ and S4O62-/Fe2+ were found to be 68 ± 21 and 181 ± 5, respectively. The transcriptional start site was identified by primer extension. Promoter regions of Af-tth were cloned into the expression shuttle vector pMPJC and GFP gene was under the direction of the regions. Green fluorescence was observed by UV irradiation in recombinant A. ferrooxidans harboring the plasmid colonies grown on tetrathionate. Furthermore, His-tagged Af-Tth was synthesized in the recombinant cells grown on tetrathionate. Recombinant, His-tagged Af-Tth in an active form, was rapidly purified through metal-affinity column chromatography, although recombinant Af-Tth was synthesized in the inclusion bodies of Escherichia coli and acid-refolding treatment was necessary to recover the activity. The specific activity of purified Af-Tth from recombinant A. ferrooxidans (2.2 ± 0.37 U mg-1) was similar to that of acid-refolded Af-Tth from recombinant E. coli (2.5 ± 0.18 U mg-1). This method can be applied not only to heterologous expression but also to homologous expression of target genes for modification or specific mutation in A. ferrooxidans cells.

    DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.12.005

    PubMed

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  • Reaction mechanism of tetrathionate hydrolysis based on the crystal structure of tetrathionate hydrolase from Acidithiobacillus ferrooxidans. 査読 国際誌

    Tadayoshi Kanao, Naruki Hase, Hisayuki Nakayama, Kyoya Yoshida, Kazumi Nishiura, Megumi Kosaka, Kazuo Kamimura, Yu Hirano, Taro Tamada

    Protein science : a publication of the Protein Society   30 ( 2 )   328 - 338   2021年2月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Tetrathionate hydrolase (4THase) plays an important role in dissimilatory sulfur oxidation in the acidophilic iron- and sulfur-oxidizing bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans. The structure of recombinant 4THase from A. ferrooxidans (Af-Tth) was determined by X-ray crystallography to a resolution of 1.95 Å. Af-Tth is a homodimer, and its monomer structure exhibits an eight-bladed β-propeller motif. Two insertion loops participate in dimerization, and one loop forms a cavity with the β-propeller region. We observed unexplained electron densities in this cavity of the substrate-soaked structure. The anomalous difference map generated using diffraction data collected at a wavelength of 1.9 Å indicated the presence of polymerized sulfur atoms. Asp325, a highly conserved residue among 4THases, was located near the polymerized sulfur atoms. 4THase activity was completely abolished in the site-specific Af-Tth D325N variant, suggesting that Asp325 plays a crucial role in the first step of tetrathionate hydrolysis. Considering that the Af-Tth reaction occurs only under acidic pH, Asp325 acts as an acid for the tetrathionate hydrolysis reaction. The polymerized sulfur atoms in the active site cavity may represent the intermediate product in the subsequent step.

    DOI: 10.1002/pro.3984

    PubMed

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  • Multiple mutations in RNA polymerase β-subunit gene (rpoB) in Streptomyces incarnatus NRRL8089 enhance production of antiviral antibiotic sinefungin: modeling rif cluster region by density functional theory. 査読 国際誌

    Saori Ogawa, Hitomi Shimidzu, Koji Fukuda, Naoki Tsunekawa, Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato, Kei Yura, Tomohisa Hasunuma, Kozo Ochi, Michio Yamamoto, Wataru Sakamoto, Kentaro Hashimoto, Hiroyuki Ogata, Tadayoshi Kanao, Michiko Nemoto, Kenji Inagaki, Takashi Tamura

    Bioscience, biotechnology, and biochemistry   2021年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Streptomyces incarnatus NRRL8089 produces the antiviral, antifungal, antiprotozoal nucleoside antibiotic sinefungin. To enhance sinefungin production, multiple mutations were introduced to the rpoB gene encoding RNA polymerase (RNAP) β-subunit at the target residues, D447, S453, H457, and R460. Sparse regression analysis using elastic-net lasso-ridge penalties on previously reported H457X mutations identified a numeric parameter set, which suggested that H457R/Y/F may cause production enhancement. H457R/R460C mutation successfully enhanced the sinefungin production by 3-fold, while other groups of mutations, such as D447G/R460C or D447G/H457Y, made moderate or even negative effects. To identify why the rif cluster residues have diverse effects on sinefungin production, an RNAP/DNA/mRNA complex model was constructed by homology modeling and molecular dynamics simulation. The 4 residues were located near the mRNA strand. Density functional theory-based calculation suggested that D447, H457, and R460 are in direct contact with ribonucleotide, and partially positive charges are induced by negatively charged chain of mRNA.

    DOI: 10.1093/bbb/zbab011

    PubMed

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書籍等出版物

  • 独立栄養微生物によるCO2資源化技術

    新井博之,亀谷将史,石井正治 監修( 担当: 共著 ,  範囲: 第10章 鉄酸化細菌,硫黄酸化細菌のエネルギー代謝と応用微生物学)

    株式会社シーエムシー出版  2023年12月  ( ISBN:9784781317564

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MISC

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 無機硫黄化合物の酵素化学の確立とその応用

    研究課題/領域番号:24K01895  2024年04月 - 2028年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    金尾 忠芳

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    配分額:18460000円 ( 直接経費:14200000円 、 間接経費:4260000円 )

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  • 無機硫黄化合物の酵素化学の確立とその応用

    研究課題/領域番号:21K05876  2021年04月 - 2024年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    金尾 忠芳

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    鉄硫黄酸化細菌の一種 Acidithiobacillus ferrooxidans を研究の対象とし、硫黄化合物を代謝する酵素であるテトラチオン酸ハイドロラーゼ(4THase)について詳細な研究を行った。この4THaseは、無機硫黄化合物の加水分解反応を触媒し一部の好酸性微生物にのみ確認されている極めてユニークな酵素である。当該研究では既に、本菌の4THase遺伝子(Af-tth)の同定、組換え型酵素を結晶化し立体構造を決定した。さらに本酵素のユニークな反応メカニズムを解明するために、基質を浸漬した結晶構造解析を行うことにより、活性中心と反応に関わるアミノ酸残基の解析を行った。そしてD325がテトラチオン酸を加水分解するという、新規な反応メカニズムを解明した。さらにこの結晶構造解析から、D325の近傍に3つのメチオニン残基(M172, M238, M279)から成るメチオニンクラスターを発見し、これが硫黄原子を捕捉している様子を観察した。本研究課題においては、このメチオニンクラスターが本酵素活性にどの様に関わるのかを解明することに取り組み、最終的に反応メカニズムの完全解明を目指して研究を推進していく。一方で、Af-tth遺伝子がテトラチオン酸を生育基質とした場合に強く発現することから、この発現を担うプロモーターについても解析を行った。その結果、Af-tthの転写開始点とプロモーター領域を同定し、これを利用した本菌の組換え遺伝子発現ベクターを構築した。接合伝達による大腸菌とのシャトルベクターで、緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を本プロモーターの支配下においたベクタープラスミドをA. ferrooxidansに導入し、テトラチオン酸を生育基質とした組換え菌株は、薬剤耐性を持ち緑色蛍光を示した。これによりGFPのA. ferrooxidansを宿主とした組換え発現に成功した。

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  • 無機硫黄化合物の酵素化学の確立とその応用

    研究課題/領域番号:17K08169  2017年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    金尾 忠芳

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    配分額:4810000円 ( 直接経費:3700000円 、 間接経費:1110000円 )

    鉄硫黄酸化細菌の一種 Acidithiobacillus ferrooxidans を研究の対象とし、硫黄化合物を代謝する酵素であるテトラチオン酸ハイドロラーゼ(4THase)について詳細な研究を行った。この4THaseは、無機硫黄化合物の加水分解反応を触媒し一部の好酸性微生物にのみ確認されている極めてユニークな酵素である。当該研究では既に、A. ferrooxidansの4THase遺伝子(Af-tth)を世界で初めて同定し、これを大腸菌組換え発現で得た封入体から酸性refolding処理により活性型酵素を獲得する新規な手法を開発し、その結晶化にも成功した。
    本研究にて得られたAf-Tth結晶をSPring-8を利用したX-線照射実験で1.75オングストロームの解像度で結晶構造データを回収することができた。基質のテトラチオン酸を浸漬した結晶のX-線照射データの解析から本酵素の反応機構を推測した。Af-Tthは他の硫黄代謝関連酵素で見られるCys依存性の反応機構とは全く異なり、Asp325の基質へのプロトン供与による加水分解メカニズムであることを解明し、部位特異的変異酵素(D325N)の活性の消失からこれを証明した。
    また、さらなるX-線結晶構造解析の結果、上記のAsp325付近から伸長する硫黄のオリゴマーと推定される電子密度、およびこれを捕捉する様な構造を持つ3つのメチオニン残基の存在を発見した。この3つのメチオニン残基は、本酵素における極めて特徴的な構造であり、他の好酸性微生物に由来する4THaseにも保存されている。まずはこのMet残基が捕捉している原子が硫黄原子であることを証明するためにSe-Met置換したAf-Tthの結晶を作成し、硫黄の吸収端に近い長波長X-線による解析を行なった。この結果、3つのメチオニン残基が捕捉した原子は単一の硫黄原子であることが分かった。

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  • 海洋性硫黄酸化細菌の機能解析とバイオリーチングへの利用

    研究課題/領域番号:16K08112  2016年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    上村 一雄, 金尾 忠芳

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    配分額:4810000円 ( 直接経費:3700000円 、 間接経費:1110000円 )

    硫化鉱石から金属を回収する技術であるバイオリーチングを塩を含む環境からの硫化鉱石に適用するための技術を開発するため、海洋性の硫黄酸化細菌Acidithiobacillus SH株を取得した。バイオリーチングの効率を高めるために必要な硫黄化合物の代謝機構を検討した結果、チオ硫酸を代謝する新規なチオ硫酸キノン酸化還元酵素(TQO)を精製した。この遺伝子を決定するために、SH株の全ゲノムを解析したところ、SH株はこれまでの硫黄酸化細菌とはゲノムの特徴が異なり、新規な硫黄酸化細菌であることが分かった。また、ゲノム情報と遺伝子の転写解析から、TQO遺伝子および硫黄代謝経路を明らかにした。

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  • 無機硫黄化合物の酵素化学の確立とその応用

    研究課題/領域番号:26450482  2014年04月 - 2017年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    金尾 忠芳, 玉田 太郎, 上村 一雄

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    配分額:5070000円 ( 直接経費:3900000円 、 間接経費:1170000円 )

    本研究は、硫黄を好んで食べる硫黄酸化細菌の「硫黄を消化(代謝)する酵素」を研究することで、その細菌が硫黄を代謝する仕組みを解明する。この理解は「無機硫黄化合物の酵素化学」という硫黄の化学として新たな研究分野を開拓することにつながる。これにより得られる知見は、石油の脱硫に伴い生じた大量の脱硫硫黄の生物的処理への応用が期待できる。我々は既に複数の硫黄酸化細菌から新規な硫黄代謝酵素を発見した。この内、テトラチオン酸ハイドロラーゼは酸性の硫黄酸化微生物にだけ確認されたユニークな酵素であり、この遺伝子の同定・組換え発現・結晶化に成功した。X線結晶構造解析により、その新規な反応メカニズムの一部を解明した。

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担当授業科目

  • Agrochemical Bioscience 2 - Biological Chemistry (2024年度) 第1学期  - 水3~4

  • コース演習1 (2024年度) 1・2学期  - 水3

  • コース演習2 (2024年度) 3・4学期  - 水3

  • 微生物機能学演習 (2024年度) 前期  - その他

  • 微生物機能学演習 (2024年度) 後期  - その他

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