学位の種別: 課程博士審査委員会委員 : （主査）東京大学教授 長棟 輝行, 東京大学教授 片岡 一則, 東京大学教授 津本 浩平, 東京大学教授 山東 信介, 東京大学准教授 カプラル オラシオUniversity of Tokyo(東京大学

Schmitt Katharina-Karin Ingrid

シュミット カタリーナ カリン イングリッド

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審	 査	 の	 結	 果	 の	 要	 旨 
 
 
 
 
氏	 	 名	 	 シュミット	 カタリーナ	 カリン	 イングリッド 
 
 
 
セルロース系バイオマスは再生可能な非可食性資源であり、古くから燃料、
構造材、紙などに広く利用されてきた。セルロース系バイオマスはリグニン、
ヘミセルロース、セルロースから構成されている。中でも、セルロースはグル
コースを基本単位とするポリマーであるため、近年、セルロース分解によるグ
ルコース生産の期待が高まっている。強酸及び高温での反応を必要とする化学
的なセルロース分解はバイオマスが本来有する持続可能性を大きく失わせる。
一方、自然界では、セルロースはセルロース分解酵素により効率良くグルコー
スへと分解されるため、持続的な炭素循環が実現している。したがって、セル
ロース分解酵素を利用したセルロース分解はサステイナブルな燃料・化成品生
産に大きく貢献するものと考えられている。セルロースは大きく分けて結晶領
域、非結晶領域、還元末端、非還元末端の４つ部位に分けられ、天然において
はそれぞれの部位に適したセルロース分解酵素が協奏的に作用することによっ
て、高効率なセルロース分解が行われている。しかし、既往の酵素利用は単一
酵素の機能に注目し、その機能を最大限に引き出すことを目的に発展してきた
ため、複数の酵素機能を相乗的に利用する方法は未だ確立されていない。本論
文は、複数のセルロース分解酵素の複合化による高効率なセルロース分解技術
の開発に関する研究であり、全五章から構成されている。 
第一章は序論であり、セルロースの構造、セルロース分解酵素によるセルロ
ース分解機構、人工的なセルロース分解酵素複合体の構築などに関する既往の
研究・知見について概観し、本研究の背景と意義を述べ、本研究の目的と構成
を示している。 
第二章では、Clostridium	 thermocellum 由来エンドグルカナーゼ Cel9 及び
CelD、エキソグルカナーゼ CbhA、Termobifida	 fusca 由来エキソグルカナーゼ
Cel48A の触媒ドメインの発現系を構築し、それらのセルロース分解活性の評価
を行っている。さらに、これらの酵素の触媒ドメインを単純に混合しただけで
はセルロース分解において相乗効果が得られないことを明らかにしている。	 
第三章では、ヘテロ三量体タンパク質である古細菌 S.	 solfataricus 由来の
核内増殖抗原 PCNA のサブユニットとの連結により、第二章で評価したセルロー
ス分解酵素触媒ドメインの人工的な複合体形成を行っている。エンドグルカナ
ーゼ同士の組み合わせである Cel9 と CelD の触媒ドメインを複合体形成させた
場合、相加効果は見られたものの、相乗効果は見られなかった。一方、エンド
グルカナーゼとエキソグルカナーゼの組み合わせである Cel9 と Cel48A、Cel9
と CbhA の触媒ドメインを複合体形成させた場合、相乗効果が見られることを明
らかにしている。さらに、セルロース結合モジュール（CBM）との複合体形成が
セルロース分解活性に与える影響についても評価している。極めて強く相互作
用する PCNA のサブユニット PCNA1 と PCNA2 を利用して Cel9、CelD、CbhA の触
媒ドメインを CBM と複合体形成させると、セルロースとの相互作用が強まるた
めに、そのセルロース分解速度が向上した。また、CBM との複合体において、安
定な PCNA1-PCNA2 二量体に連結したセルロース分解酵素触媒ドメインが、この
二量体と弱く相互作用する PCNA3 に連結したセルロース表面上の CBM と結合・
解離を繰り返せるようにした場合、加えた CBM の量に依存してセルロース分解
速度が向上することを見出している。これはセルロース分解酵素触媒ドメイ
ン・CBM 複合体が基質上を滑りながら分解していくのではなく、基質に結合して
いる CBM に対してセルロース分解酵素触媒ドメインが結合してセルロースを分
解した後に、別の CBM と結合して新たな場所でセルロースを分解するという「ホ
ッピング」機構によるものであると考察している。このようなホッピング機構
による酵素反応は自然界には見られず、極めて興味深い発見である。このよう
な機構に基づいて効率的なセルロース分解活性を示すセルロース分解酵素・CBM
複合体を人工的に構築した例は無く、極めて独創的な研究成果である。最後に
安定な PCNA1-PCNA2 二量体に CbhA の触媒ドメインと CBM をそれぞれ連結し、
PCNA3 に Cel9 の触媒ドメインを連結した複合体は、CBM を含まない複合体の相
乗効果と比較してさらに高い相乗効果を示すことを明らかにしている。	 
第四章では、本論文の総括を述べている。	 
第五章では、今後の展望を述べている。	 
以上、本論文では、PCNA のヘテロ三量体化能を利用して、セルロース分解酵
素触媒ドメインとセルロース結合モジュールの複合体を形成させ、高効率なセ
ルロース分解を行う技術を開発したものである。既往の、人工的に酵素複合体
を構築し利用する研究は、より安定な複合体を形成させることに主眼をおいた
ものであり、本研究のように結合・解離を繰り返すようなダイナミックな酵素
複合体の開発例は無い。これらの研究成果はサステイナブルなセルロース系バ
イオマスの効率的な分解技術の開発に資するところ大であり、ケミカルバイオ
エンジニアリングの発展に寄与するところが大きい。	 
	 よって本論文は博士（工学）の学位請求論文として合格と認められる。 


ヘテロ三量体タンパク質連結体を足場とする人工セルロソームに関する研究

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ヘテロ三量体タンパク質連結体を足場とする人工セルロソームに関する研究

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