シアノフィシン

シアノフィシンは、CGP (シアノフィシン顆粒ポリペプチド) またはマルチ L-アルギニル-ポリ (L-アスパラギン酸) としても知られ、アスパラギン酸骨格とアルギニン側鎖から構成される非タンパク質、非リボソーム生成アミノ酸ポリマーです。

シアノフィシンは1887年にイタリアの植物学者アントニノ・ボルジによって初めて発見され、ほとんどのシアノバクテリアとアシネトバクター属などの少数の従属栄養細菌に存在しています。^[1]シアノフィシンは生理条件下ではほとんど不溶性であり、リン酸または硫黄飢餓時に、一般的には定常期の初期から中期にかけて、細胞質内に顆粒の形で蓄積されます。シアノフィシンは窒素、そしておそらく炭素も貯蔵する化合物として利用され、シアノバクテリアの異胞体において固定窒素の動的緩衝液としても機能します。窒素と炭素は、細胞内シアノフィシナーゼによってアスパラギン酸-アルギニンジペプチドの形でシアノフィシンから動員されます。

シアノフィシンは、アルギニンとアスパラギン酸から、シアノフィシン合成酵素という単一の酵素によって触媒される ATP依存性反応によって合成される。^{[2]シアノフィシンは、}ポリアスパラギン酸の供給源としてバイオテクノロジーの分野で潜在的な関心を集めている。その特異な両性ポリアスパラギン酸特性により、シアノフィシンは酸性（0.1 M HCl）およびアルカリ性条件下で水に溶解する。シアノフィシン合成酵素の異種発現により、大腸菌やコリネバクテリウム・グルタミカムなど、バイオテクノロジーに関連する多くの細菌でシアノフィシンを生産することができる。^[3]

不溶性CGPは簡単に精製できるため、ほとんどの研究では中性pHで溶解するCGPの合成が見過ごされてきました。両者を比較すると、不溶性CGPは弱酸によってのみ溶解できますが、可溶性CGPはアセトンまたはエタノールを使用した沈殿プロセスで分離できます。^{[4] 2014年に、SteinbüchelとWiefelによる実験により、}リジン残基の量がシアノフィシンの溶解度を制御でき、リジンのレベルが高いほど、ポリマーを水性溶媒に溶解させるために必要な温度と逆相関することが判明しました。^[4]不溶性CGPと可溶性CGPは同じポリマー混合物に由来するため、異なるポリマーではなく、リジン残基の濃度が異なるシアノフィシン混合物の混合物として分類されると結論付けられました。

リジンがアルギニン側鎖を部分的に置換する能力は、オルニチンやシトルリンなどのアミノ酸を含むCGP変異体の研究を促進しました。リジン、オルニチン、シトルリンはいずれもシアノフィシン合成酵素（L-アスパラギン酸付加酵素） CphAと親和性があります。 ^[4] Wiefel、Bröker、Steinbüchelは、シトルリンを豊富に含むシアノフィシンが、シトルリン生産菌株の導入によって生産できることを実証する実験を行いました。^[5]また、不溶性CGPではシトルリン濃度が微量であるのに対し、可溶性CGPでは高濃度のシトルリンを生産できることも判明しました。この傾向はオルニチンでも同様です。

参考文献

^ Krehenbrink M, Oppermann-Sanio FB, Steinbüchel A (2002年5月). 「シアノフィシン合成酵素に相同なタンパク質をコードする遺伝子の非シアノバクテリアゲノム配列における存在の評価と、Acinetobacter sp. DSM 587株からの活性シアノフィシン合成酵素のクローニング」Archives of Microbiology . 177 (5): 371– 80. doi :10.1007/s00203-001-0396-9. PMID 11976746. S2CID 2072408.
^ Ziegler K, Diener A, Herpin C, Richter R, Deutzmann R, Lockau W (1998年5月). 「シアノバクテリアの貯蔵物質であるマルチ-L-アルギニル-ポリ-L-アスパラギン酸（シアノフィシン）の生合成を触媒する酵素、シアノフィシン合成酵素の分子特性解析」. European Journal of Biochemistry . 254 (1): 154–9 . doi : 10.1046/j.1432-1327.1998.2540154.x . PMID 9652408.
^ Oppermann-Sanio FB, Steinbüchel A (2002年1月). 「微生物およびバイオテクノロジー生産におけるポリアミドの存在、機能および生合成」. Die Naturwissenschaften . 89 (1): 11– 22. Bibcode :2002NW.....89...11O. doi :10.1007/s00114-001-0280-0. PMID 12008968. S2CID 21405793.
^ abc Wiefel L, Steinbüchel A (2014年2月). 「リジン含有量に依存したシアノフィシンの溶解度挙動」.応用環境微生物学. 80 (3): 1091–6 . doi :10.1128/AEM.03159-13. PMC 3911199. PMID 24271185 .
^ Wiefel L, Bröker A, Steinbüchel A (2011年6月). 「Pseudomonas putida ATCC 4359株を用いたシトルリンに富むシアノフィシンの合成」.応用微生物学およびバイオテクノロジー. 90 (5): 1755–62 . doi :10.1007/s00253-011-3224-4. PMID 21455592. S2CID 21008673.

[1] Krehenbrink M, Oppermann-Sanio FB, Steinbüchel A (2002年5月). 「シアノフィシン合成酵素に相同なタンパク質をコードする遺伝子の非シアノバクテリアゲノム配列における存在の評価と、Acinetobacter sp. DSM 587株からの活性シアノフィシン合成酵素のクローニング」Archives of Microbiology . 177 (5): 371– 80. doi :10.1007/s00203-001-0396-9. PMID 11976746. S2CID 2072408.

[2] Ziegler K, Diener A, Herpin C, Richter R, Deutzmann R, Lockau W (1998年5月). 「シアノバクテリアの貯蔵物質であるマルチ-L-アルギニル-ポリ-L-アスパラギン酸（シアノフィシン）の生合成を触媒する酵素、シアノフィシン合成酵素の分子特性解析」. European Journal of Biochemistry . 254 (1): 154–9 . doi : 10.1046/j.1432-1327.1998.2540154.x . PMID 9652408.

[3] Oppermann-Sanio FB, Steinbüchel A (2002年1月). 「微生物およびバイオテクノロジー生産におけるポリアミドの存在、機能および生合成」. Die Naturwissenschaften . 89 (1): 11– 22. Bibcode :2002NW.....89...11O. doi :10.1007/s00114-001-0280-0. PMID 12008968. S2CID 21405793.

[:0-4] Wiefel L, Steinbüchel A (2014年2月). 「リジン含有量に依存したシアノフィシンの溶解度挙動」.応用環境微生物学. 80 (3): 1091–6 . doi :10.1128/AEM.03159-13. PMC 3911199. PMID 24271185 .

[5] Wiefel L, Bröker A, Steinbüchel A (2011年6月). 「Pseudomonas putida ATCC 4359株を用いたシトルリンに富むシアノフィシンの合成」.応用微生物学およびバイオテクノロジー. 90 (5): 1755–62 . doi :10.1007/s00253-011-3224-4. PMID 21455592. S2CID 21008673.