角田 佳充 教授、西本 悦子 准教授、寺本 岳大 助教らの研究グループ（応用生命化学分野・生物物理化学研究室）が、ヘパロサン糖鎖の合成に関わる酵素KfiAの立体構造と機能を明らかにしました

糖鎖を伸ばす酵素の構造から、糖転移反応を支える仕組みに迫る

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ポイント

• ヘパロサンは、細菌の莢膜を構成する多糖であり、動物のヘパラン硫酸の生合成前駆体に相当する糖鎖骨格を持つ。その合成を担う酵素KfiAの構造と機能は未解明であった。
• KfiAの結晶構造を決定し、ドッキングモデルの解析とともに糖鎖伸長の分子メカニズムを明らかにした。
• 本成果は、ヘパロサンの糖鎖伸長機構の理解を深め、将来の糖鎖合成技術の研究基盤となることが期待される。

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概要

　九州大学大学院農学研究院の角田 佳充 教授、西本 悦子 准教授、寺本 岳大 助教、生物資源環境科学府の前田 憲人氏、坂本 七彩氏、豊田 滉太氏、農学部の松浦 京香氏らの研究グループ（生物物理化学研究室）は、学内外の共同研究者とともに、大腸菌K5株が産生する多糖「ヘパロサン」の合成酵素KfiAについて、立体構造と酵素機能を解析しました。
　ヘパロサンは、N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）とグルクロン酸（GlcA）が交互につながった直鎖状の多糖で、動物のヘパラン硫酸と共通する糖鎖骨格を持ちます。大腸菌K5株では、KfiAがGlcNAcを、別の酵素KfiCがGlcAをそれぞれ糖鎖の末端へ付加することで、ヘパロサン鎖が伸長します。しかし、KfiAが糖供与体をどのように認識し、効率的な糖転移を実現するのか、その構造的基盤は十分に解明されていませんでした。
　本研究では、C末端の一部を除いたKfiAについて、分子が結合していない状態と、UDPおよび金属イオンが結合した状態のX線結晶構造を決定しました。UDP結合状態の構造は1.68 Åの分解能で得られ、糖転移酵素に特徴的なGT-A型の立体構造と、UDP・金属イオンの結合部位が明らかになりました。さらに、立体構造を手掛かりに変異体解析を行い、Asp81、Arg165、Asp168は糖供与体の効率的な利用に関与し、Trp204とC末端領域は、とくに糖鎖へ糖を転移する反応を効率よく進めるために重要であることが示されました。さらに、AlphaFold3を用いてKfiAとKfiCの複合体モデルを作成し、二つの酵素が協調して糖鎖を伸ばす分子モデルを提案しました。
　本成果は、ヘパロサンを構成する糖がどのように連続して付加されるのかを分子レベルで理解するための重要な基盤となります。今後、KfiAとKfiCの協調機構の解明や、構造情報を活用した糖鎖の酵素的合成研究への展開が期待されます。
本研究成果は、Elsevier社の学術雑誌「Carbohydrate Research」に2026年10月７日に掲載されました。

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参考図１

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用語解説

※ヘパロサン
GlcNAcとGlcAが交互に結合した直鎖状の多糖。大腸菌K5株の莢膜多糖であり、動物のヘパラン硫酸の生合成前駆体に相当する糖鎖骨格を持つ。

※KfiA / KfiC
大腸菌K5株のヘパロサン合成に関わる糖転移酵素。KfiAはGlcNAc、KfiCはGlcAを糖鎖へ付加する。

※UDP
UDPは糖転移後に生じる産物の一つ。

※X線結晶構造解析
タンパク質結晶によるX線の回折データから、分子の立体構造を原子レベルで解析する手法。

※AlphaFold3
タンパク質やその他の分子を含む複合体の立体構造を計算により予測する手法。

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謝辞

本研究はJSPS科研費（21570115、25440029、24K09353、25H01276）の支援を受けました。X線回折実験ではSPring-8 BL26B1の支援を受けました。

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謝辞

掲載誌：Carbohydrate Research
タイトル：Structural and functional analysis of KfiA, a UDP-GlcNAc transferase involved in Escherichia coli K5 heparosan biosynthesis
著者名：Kento Maeda, Aya Sakamoto, Kyoka Matsuura, Kota Toyoda, Hiroka Hori, Momo Onishi, Yuuichi Baba, Yoshirou Kawaguchi, Yohei Ishibashi, Nozomu Okino, Etsuko Nishimoto, Nobuo Sugiura, Takamasa Teramoto, Yoshimitsu Kakuta*
* corresponding author
DOI：https://doi.org/10.1016/j.carres.2026.110123

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寺本 岳大 助教
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