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今井 友也 ~森林科学で膜タンパク質~

木質を含め植物細胞壁の半分は、セルロースでできています。セルロースは単純な構造の高分子なのですが、天然セルロースは例外なく、複数の分子が伸びきり鎖として束ねられたナノメートルサイズの繊維構造をとります(近年は「セルロースナノファイバー」としても注目を集めています)。また細胞壁自体も、 セルロース、ヘミセルロース、リグニンという複数の高分子成分が複雑な分布を示しており、均質に混練されたコンポジットではとても近似できません。こういった手の込んだ構造が時に2000年以上立ち続ける樹木の体を形成する訳です。

  「高分子量のセルロースを常温常圧水系溶媒中で繊維として作ってしまうメカニズムってすごくない?」
「ヘミセルロースはゴルジ体で合成されるけど、ゴルジ小胞の中にそんなに高濃度で充填できるの?」
「木材細胞壁に見られる複雑なヘミセルロースの分布はどうやってできるの?」


  分子レベルで考えると、木材細胞壁の形成は生き物による極めて高度なモノ作りであり、疑問は尽きません。このモノ作りの過程を理解するためには、分子細胞生物学だけでは不十分で、タンパク質、特に脂質二重層に埋まった膜タンパク質の生化学が外せない研究対象となります。なぜならセルロースやヘミセルロースを合成する酵素の多くは膜タンパク質ですし、モノリグノールを細胞外へ輸送するトランスポーターも膜タンパク質だからです。すごく面白いのに慢性人手不足の状態です。未開拓の森林科学系膜タンパク質研究に一緒に取り組んでくれる学生・研究員を常に求めています。ぜひ見学にお越し下さい。
  ご連絡お待ちしています。

  今井友也

    (2014.10.29) RISH広報パンフレットに、簡単な研究紹介記事を書きました(5ページ目)。ご覧下さい。http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/newsletters/seizonkendayori014.pdf
(2018.11.30) 紀要「生存圏研究」第14号に総説記事を寄稿しました。

     


主要な実験
  • 顕微鏡(特に透過型電子顕微鏡)
  • 膜タンパク質の生化学
  • 回折・散乱実験


主要な論文
【セルロース生合成】
Hirotaka Tajima, Paavo A. Penttilä, Tomoya Imai, Kyoko Yamamoto, Yoshiaki Yuguchi
Observation of in vitro synthesis of cellulose by bacterial cellulose synthase with time-resolved small angle X-ray scattering, International Journal of Biological Macromolecules, 130, 765-777, 2019 ☆

Paavo A. Penttilä, IMAI Tomoya, Marie Capron, MIZUNO Masahiro, AMANO Yoshihiko, Ralf Schweins, SUGIYAMA Junji
Multimethod approach to understand the assembly of cellulose fibrils in the biosynthesis of bacterial cellulose
Cellulose 25 , 2771-2783 (2018)
DOI: 10.1007/s10570-018-1755-x ☆

Shi-jing Sun, Tomoya Imai, Junji Sugiyama, Satoshi Kimura
CesA protein is included in the terminal complex of Acetobacter, Cellulose, 24, 2017-2027, 2017. DOI 10.1007/s10570-017-1237-6

Shi-jing Sun, Yoshiki Horikawa, Masahisa Wada, Junji Sugiyama, Tomoya Imai
Site-directed mutagenesis of bacterial cellulose synthase highlights sulfur–arene interaction as key to catalysis, Carbohydrate Research, 434, 99-106, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.carres.2016.08.009

Paavo A. Penttilä, Junji Sugiyama, Tomoya Imai
Effects of reaction conditions on cellulose structures synthesizedin vitro by bacterial cellulose synthases, Carbohydrate Polymers, 136, 656-666, 2016.

Imai, T. Sun, S.-J., Horikawa, Y., Wada, M., Sugiyama, J.
Functional Reconstitution of Cellulose Synthase in Escherichia coli, Biomacromolecules, 15, 4206-4213, 2014. ☆

Hashimoto, A., Shimono, K., Horikawa, Y., Ichikawa, T., Wada, M., Imai, T., Sugiyama, J.
Extraction of cellulose-synthesizing activity of Gluconacetobacter xylinus by alkylmaltoside, Carbohydrate Research, 346, 2760-2768, 2011.

今井友也
セルロース生合成研究におけるバクテリアモデルの可能性, Cellulose Communications, 18, 156-162, 2011.

【糖質加水分解酵素】
IMAI Makiko, HORIKAWA Yoshiki, KIYOTO Shingo, IMAI Tomoya, SUGIYAMA Junji
Structural changes in sugarcane bagasse cellulose caused by enzymatic hydrolysis,
Journal of Wood Science 66 , 11 (2020)
DOI: 10.1186/s10086-020-01859-2


Makiko Imai, Asako Mihashi, Tomoya Imai, Satoshi Kimura, Tomohiko Matsuzawa, Katsuro Yaoi, Nozomu Shibata, Hiroshi Kakeshita, Kazuaki Igarashi, Yoshinori Kobayashi, Junji Sugiyama
Selective fluorescence labeling: time-lapse enzyme visualization during sugarcane hydrolysis, Journal of Wood Science, DOI: 10.1186/s10086-019-1798-0 , 2019 ☆

Paavo A. Penttilä, IMAI Tomoya, Jarl Hemming, Stefan Willför, SUGIYAMA Junji
Enzymatic hydrolysis of biomimetic bacterial cellulose–hemicellulose composites
Carbohydrate Polymers 190 , 95-102 (2018)
DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.02.051

Paavo A. Penttilä, Tomoya Imai, Junji Sugiyama
Fibrillar assembly of bacterial cellulose in the presence of wood-based hemicelluloses, International Journal of Biological Macromolecules, 102, pp. 111-118, 2017.

Yoshiki Horikawa, Tomoya Imai, Junji Sugiyama
Visualization of cellulase interactions with cellulose microfibril by transmission electron microscopy, Cellulose, 24, 1-9, 2017. ☆

Imai, T., Watanabe, T., Yui, T., and Sugiyama J.
Directional degradation of beta-chitin by chitinase A1 revealed by a novel reducing end labelling technique”, FEBS Letters, 510, 201-205, 2002.

Tomoya Imai, Claire Boisset, Masahiro Samejima, Kiyohiko Igarashi, Junji Sugiyama
Unidirectional processive action of cellobiohydrolase Cel7A on Valonia cellulose microcrystals, FEBS Letters, 432, 113-116, 1998

【イオンチャネル】
Shimomura, T., Irie, K., Nagura, H., Imai, T., Fujiyoshi, Y.
Arrangement and Mobility of the Voltage Sensor Domain in Prokaryotic Voltage-gated Sodium Channels, Journal of Biological Chemistry, 286, 7409-7417, 2011. ☆

Nagura, H., Irie, K., Imai, T., Shimomura, T., Hige, T., Fujiyoshi, Y.
Evidence for lateral mobility of voltage sensors in prokaryotic voltage-gated sodium channels, Biochem.Biophys.Res.Commun., 399, 341-346, 2010.

【多糖結晶】
Kim N-H., Imai T., Wada M., Sugiyama J.
Molecular directionality in cellulose polymorphs, Biomacromolecules, 7, 274-280 (2006)

Imai, T., Putaux, J.-L. and Sugiyama, J.
Geometric phase analysis of lattice images of crystalline allomorphs of Cladophora microcrystals, Polymer 44, 1871-1879 (2003)

Hrmova M, Imai T, Rutten SJ, Fairweather JK, Pelosi L, Bulone V, Driguez H and Fincher GB
Mutants of a barley (1,3)-β-D-glucan endohydrolase synthesise crystalline (1,3)-β-D-glucans J. Biol. Chem. 277, 30102-30111. (2002)

Tomoya Imai, Junji Sugiyama
Nanodomains of IR and Iâ Cellulose in Algal Microfibrils Macromolecules, 31, 6275-6279, 1998

そのほか、電子顕微鏡や質量分析計を使った共同研究を展開しております。
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