45 セ ル ラ ー ゼ複 合 体 セ ル ロソ ー ム の構 造 と機 能 III.C.thermocellumの 1.セ セ ル ロ ソー ム ル ロソーム の概 念 セ ル ロソー ム は,は じめC.thermocellumの 細 胞 をセ ル ロ ー ス へ 結 合 させ る た め の セ ル ロ ー ス 結 合 因 子 と し て 見 い だ さ れ た が,こ れ が 多 数 の セ ル ラ ー ゼ を含 む 高 分 子 複 合 体 で あ る こ とが わ か り,セ ル ロ ソ ー ム と命 名 され た12).セ ル ロ ソー ム は細 胞 表 層 に結 合 して 存 在 す る 場 合 に は,細 胞 表 層 の 突 起 物 と し て 観 察 さ れ る が,培 養 液 中 に も分 泌 生 産 され る.し た が っ て,培 養 液 に不 溶 性 セ ル ロ ー ス を加 え,セ ル ロ ー ス に親 和 性 の あ る成 分 を 吸 着 させ た の ち,水 な どで 溶 出 さ せ,さ らに ゲル 濾 過 で 高 分 子 画 分 を 回 収 す る こ とに よ りセ ル ロ ソー ム を精 製 す る こ とが で き る.ま た,セ ル ロソーム を吸着 さ せ た セ ル ロ ー ス を 集 め 洗 浄 した の ち,そ の ま ま酵 素 反 応 を行 な わ せ る と,セ ル ロ ー ス の 分 解 に伴 い セ ル ロ ソ ー ム が遊 離 して く る.こ れ を 回収 す る こ と に よ り純 図3 C.thermocellumの セ ル ロ ソー ム の モ デル 度 の 高 い セ ル ロ ソ ー ム が 得 られ る13). C.thermocellumの とJW20株 27405株 セ ル ロ ソー ム の 大 き さ は,YS株 で は分 子 量2,000 2,500Kで で は6,500Kで 性 は保 持 さ れ る も の の,結 あ り,ATCC あ る.ま た,SDS-PAGE分 晶 性 セ ル ロ ー ス に 対 す る活 性 は 著 し く低 下 す るか らで あ る16,17).セ ル ロ ソー ム は安 析 定 な 複 合 体 で あ り,8M尿 素 に よ る 処 理 に よ っ て も完 に よ り同 定 さ れ た セ ル ロ ソー ム の構 成 成 分 の 数 はYS株 全 に は 解 離 さ れ な い.セ ル ロ ソー ム に よ る セ ル ロー ス で は14,JW20株 の 分 解 産 物 は お もに セ ロ ビオ ー スで あ り,T.reeseiの ｔhermocellumの で は26で あ る14).現 在 ま で に,C 異 な る5株 か ら多 数 の セ ル ラ ー ゼ お よ び ヘ ミセ ル ラ ー ゼ遺 伝 子 が ク ロ ー ニ ン グ され て い るが, そ れ ら の遺 伝 子 は い ず れ もNCBI DNAに 10682株 の染 色 体 ハ イ ブ リダ イ ズ す る こ とが 報 告 され た15).し た が っ て,株 に よ っ て セ ル ラ ー ゼ遺 伝 子 の 数 や 種 類 に 違 い は な い と思 わ れ,報 告 された セル ロ ソーム の大 きさ や 構 成 蛋 白 質 の 数 の 違 い は,そ れ ぞれの遺 伝子 の発 現 量 の 違 い に よ る もの と考 え られ る. C.thermocellumとT.reeseiの 的 で あ る16). こ こで,セ ル ロ ソ ー ム の 構 造 の 概 略 に つ い て述 べ て お く.セ ル ロ ソー ム は 多 数 の 構 成 成 分 か らな る複 合 体 で あ る が(図3),そ の核 とな るの は骨 格 蛋 白質 (scaffoldingprotein)と 蛋 白質 で あ る.1つ よ ば れ る触 媒 活 性 を もた な い の 骨 格 蛋 白質 に 多 数 の触 媒 サ ブユ ニ ッ ト(セ ル ラ ー ゼ や キ シ ラ ナ ー ゼ な ど)が 特 異 的 に 結 セ ル ロ ー ス分 解 活 性 の 強 さ を定 量 的 に 比 較 し た デ ー タ は な い.し セ ル ラ ー ゼ 系 が もっ ぱ ら グ ル コ ー ス を生 ず る の と対 照 か し,両 合 す る こ と に よ り,複 合 体(セ れ る.骨 格 蛋 白 質 に はCBDが ル ロ ソ ー ム)が あ るの で,セ 形成 さ ル ロ ソーム 者 の培 養 液 あ た りの 酵 素 活 性 は ほ ぼ 等 し い と報 告 され 全 体 が セ ル ロ ー ス 表 面 に結 合 す る こ と に な る.こ て お り,嫌 気 性 細 菌 の 蛋 白 質 生 産 量 が 糸 状 菌 の そ れ に よ り,特 性 の 異 な る 多 数 の 酵 素 を 基 質 の 一 点 に 集 め 集 比 べ 低 い こ と を考 え る と,蛋 中 攻 撃 さ せ る こ とが 可 能 に な る. C.thermocellumの 白 質 量 あ た り の比 活 性 は れに ほ うが 高 い と予 想 され る16).こ の 強 い活 性 を発 揮 す る に は セ ル ロ ソー ム が 完 全 な構 造 を と る こ とが 必 要 で あ る と考 え ら れ て い る.EDTAやSDS 2.触 媒 サ ブユ ニ ッ ト セ ル ロ ソ ー ム に 含 まれ る酵 素 成 分 を 触 媒 サ ブ ユ ニ ッ によって セル ロ ソー ムの構 造 を破 壊 す る と,CMC(carbox- ト と よ ぶ.セ ymethyl-cellulose)や な 構 成 成 分 を セ ル ロ ソ ー ム か ら精 製 す る こ とが 困 難 で 非 結 晶 性 セ ル ロ ー ス に 対 す る活 ル ロ ソ ー ム は構 造 的 に安 定 で あ り,純 粋 1491

1) Klass, D. L. : in Handbook of Energy Technology and Economics (ed. Meyers, R. A.), pp. 712-786, Wiley-Liss, New York (1984) 2) Tomme, P., Warren, R. A. J., Gilkes, N. R. : Adv. Microb. Physiol., 37, 1-81 (1995) 3) Ohmiya, K., Sakka, K., Karita, S., Kimura, T. : Biotechnol. Genet. Eng. Rev., 14, 365-414 (1997) 4) Bayer, E. A., Chanzy, H., Lamed, R., Shoham, Y. : Curr. Opin. Struct. Biol., 8, 548-557 (1998) 5) Beguin, P., Alzari, P. M. : Biochem. Soc. Trans., 6, 178-185 (1998) [(1994) 2 7) Henrissat, B., Davies, G. : Curr. Opin. Struct. 1495

34) Belaich, J.-P., Tardif, C., Belaich, A., Gaudin, C. J. Biotechnol., 57, 3-14 (1997) 35) Doi, R. H., Park, J. S., Liu, C. C., Malburg, L. M., Tamaru, Y., Ichiishi, A., Ibrahim, A. : Extremophiles, 2, 53-60 (1998) 36) Kakiuchi, M., Isui, A., Suzuki, K., Fujino, T., Fujino. E., Kimura, T., Karita, S., Sakka, K., Ohmiya, K. : J. Bacteriol., 180, 4303-4308 (1998) 37) Gal, L., Pages, S., Gaudin, C., Belaich, A., Reverbel-Leroy, C., Tardif, C., Belaich, J.-P.: Appl. Environ. Microbiol., 63, 901-909 (1997) 38) Shoseyov, O., Doi, R. H. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 2192-2195 (1990) 39) Pages, S., Belaich, A., Tardif, C., Reverbel-Leroy, C., Gaudin, C., Belaich, J.-P. : J. Bacteriol., 178, 2279-2286 (1996) 40) Pages, S., Belaich, A., Belaich, J.-P., Morag, E., Lamed, R., Shoham, Y., Bayer, E. A. : Proteins, 29, 517-527 (1997) 41) Wood, T. M., Wilson, C. A., Stewart, C. S. : Biochem. J., 205, 129-137 (1982) 42) Doerner, K. C., White, B. A. : Appl. Environ. Microbiol., 56, 1844-1850 (1990) 43) Karita, S., Sakka, K., Ohmiya, K.: in Rumen Microbes and Digestive Physiology in Ruminants (ed. Onodera R. et al.), pp. 47-57, Japan Scientific Societies Press, Tokyo (1997) 44) Wilson, C. A., Wood, T. M. : Appl. Microbiol. Biotechnol., 37, 125-129 (1992) 45) Ali, B. R., Zhou, L., Graves, F. M., Freeman, R. B., Black, G. W., Gilbert, H. J., Hazlewood, G. P. FEMS Microbiol. Lett., 125, 15-21 (1995) 46) Fanutti, C., Pony, T., Black, G. W., Hazlewood, G. P., Gilbert, H. J. : J. Biol. Chem., 270, 29314-29322 (1995)