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水谷 公彦 (みずたに きみひこ)

博士(農学、京都大学)

MIZUTANI, Kimihiko
PhD in Agriculture

プロフィール

水谷写真

京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻 助教
同志社女子大学 生活科学部 食物栄養科学科 嘱託講師(兼任)
龍谷大学 農学部 食品栄養学科 非常勤講師(兼任)
京都産業大学 生命科学部 非常勤講師(兼任)

滋賀県琵琶湖レジャー利用適正化審議会 委員

2010-2013年 近畿大学 農学部 水産学科 非常勤講師(兼任)
2006-2007年 英国 インペリアルカレッジロンドン 客員研究員(兼任)

E-mail : kmizutani@kais.kyoto-u.ac.jp
TEL : 0774-38-3736
Address : 〒611-0011 宇治市 五ケ庄

2013年度 日本農芸化学会 農芸化学奨励賞 受賞
 「酵母発現系を用いたハイスループット構造生物学」

共同研究募集中

 タンパク質のX線結晶構造解析、膜タンパク質・分泌タンパク質の酵母による発現系構築などをお手伝いしています。また、有用植物の増殖、改良をお手伝いします。葉、茎、花茎、種子などを提供していただければ増殖条件などを検討します。
 費用は当研究室が負担しますので、お気軽にメールでご相談ください。

研究テーマ

  • タンパク質分子の構造と機能の解析(生化学、生物物理化学、構造生物学、生物物理学)
     動物、植物、微生物が持つタンパク質の立体構造の解析(X線結晶構造解析など)、生化学的機能・性質(酵素活性、金属結合能、熱安定性など)の解析
  • 遺伝子組換え酵母を用いたタンパク質の生産(応用微生物学、遺伝子工学)
     Pichia(Komagataella)酵母、Saccharomyces酵母によるタンパク質発現系構築法の開発、それらを用いた分泌タンパク質・膜タンパク質の生産
  •  タンパク質分子はそれぞれが特有の機能を持っています。私は様々な生化学的な手法を用いてタンパク質の酵素活性、金属結合能などの研究を行っています。また、タンパク質の機能を詳細に解明するためには、その構造を知ることが不可欠です。私はX線結晶構造解析を手法として、タンパク質の構造を決定する研究に取り組んでいます。また、目的タンパク質の効率的な生産のため遺伝子組換え酵母を用いており、その手法の改良、開発、応用も行っています。 近年、貝類がセルロース、ヘミセルロース分解酵素の遺伝子をゲノム上に持つことが分かり、それらの発現、構造と機能の解析を特に重点的に進めています。

plasmid  graph  structure 

[図1] 国際宇宙ステーションの微小重力環境下で結晶化した鉄結合タンパク質オボトランスフェリン(JAXAとの共同研究)
[図2] 貝のセルロース分解酵素(セルラーゼ、エンドグルカナーゼ)のPichia pastoris  (Komagataella phaffii) KM71株による生産、酵素活性の測定
[図3] 同、X線結晶構造解析によって決定した立体構造


  • 有用植物の増殖法の開発と応用(基礎生物学、バイオテクノロジー)
     多肉植物(アロエ、ハオルチア、ガステリア、エケベリア、セダムなど)の組織培養による増殖、改良、保存法の開発、有用タンパク質の探索と解析
  • 外来生物の駆除と利用、生態系保護の普及啓発(生態学、環境学)
     外来魚(ラージマウスバス、ブルーギルなど)の駆除と在来魚保護の普及啓発、外来植物(オオカナダモ、オオバナミズキンバイなど)の利用法の開発
  •  植物は、植物ホルモンを用いた組織培養で脱分化・カルス化、不定胚・不定芽の形成、個体の再生が可能と簡単に紹介されがちです。しかし、カルス化は比較的容易な一方、不定胚・不定芽の形成は充分に理解・制御できていないのが現状です。近年では、浸透圧や温度などストレスによるカルスを得ない不定胚形成が報告され、また、カルスの細胞が必ずしも初期化され不定胚形成能力を持つわけではないことも報告されています。私は、植物細胞の初期化・分化全能性獲得、不定胚・不定芽形成などに関わるタンパク質の基礎研究、有用植物の増殖、改良などの応用研究に挑んでいます。この研究は、最新のゲノム編集を用いた種の改良にも役立つと期待されます。
     この研究の知見をもとに、ハオルチアの葉を用いた組織培養(カルス誘導)が同志社女子大学の生物学実験で採用されました。組織培養の試料としてニンジンがよく用いられますが、試料となる部分が土に接する根であり内部に菌が侵入していることがあるため、コンタミネーションが非常に起こりやすいことが知られています。試料としてハオルチアの葉を用いることにより培養の成功率が飛躍的に上昇し、カルスの誘導、観察を効果的に指導することが可能になりました。
     私は、長く琵琶湖の外来生物駆除、生態系保護の普及啓発活動活動に関わってきました。外来魚駆除釣り大会、外来魚に関するシンポジウムの運営に携わっています。外来植物であるオオカナダモも琵琶湖で異常繁茂し、駆除、回収されていますが利用が進んでいません。近年、同様に琵琶湖などで外来水生植物のオオバナミズキンバイやナガエツルノゲイトウが侵入、爆発的に増殖して大きな問題になっています。こうした水生植物の未利用資源に対して、上記の貝類の酵素が有効に働きバイオエタノールの生産などに利用できるのではないかと期待されています。 

Aloe Beetle  Haworthia callus  Haworthia seed 

[図4] アロエの組織培養による増殖
[図5] ハオルチアの葉片からのカルス誘導
[図6] 外来魚駆除釣り大会

研究業績

水谷の最近の主要な研究業績です。

  • [総説]非凍結結晶を用いたβ-アミラーゼと基質アナログ複合体構造のpH変化の解析
  • 三上文三, 安達基奏, 水谷 公彦, 高橋延行, 姜有那, 平田章, 山根愛子, 坂直樹, 河村広和, 侯雪妮, 森湖太郎
  • 日本応用糖質科学会誌. 2021 May;11(2):79-86.  » [J-STAGE]
  • Insight into the mechanism of thermostabilization of GH10 xylanase from Bacillus sp. strain TAR-1 by the mutation of S92 to E
  • Suzuki M, Takita T, Kuwata K, Nakatani K, Li T, Katano Y, Kojima K, Mizutani K, Mikami B, Yatsunami R, Nakamura S, Yasukawa K
  • Biosci Biotechnol Biochem. 2021 Feb 18;85(2):386-390. » [Pubmed]
  • A three-component monooxygenase from Rhodococcus wratislaviensis may expand industrial applications of bacterial enzymes
  • Hibi M, Fukuda D, Kenchu C, Nojiri M, Hara R, Takeuchi M, Aburaya S, Aoki W, Mizutani K, Yasohara Y, Ueda M, Mikami B, Takahashi S, Ogawa J
  • Commun Biol. 2021 Jan 4;4(1):16. » [Pubmed]
  • Relationship between induced-fit loop and activity of Klebsiella pneumoniae pullulanase
  • Saka N, Iwamoto H, Malle D, Takahashi N, Mizutani K, Mikami B
  • Acta Crystallogr D Struct Biol. 2019 Sep 1;75(Pt 9):792-803. Epub 2019 Aug 22. » [Pubmed]
  • High-resolution crystal structures of the glycoside hydrolase family 45 endoglucanase EG27II from the snail Ampullaria crossean
  • Nomura T, Iwase H, Saka N, Takahashi N, Mikami B, Mizutani K
  • Acta Crystallogr D Struct Biol. 2019 Apr 1;75(Pt 4):426-436. Epub 2019 Apr 4. » [Pubmed]
  • Elucidation of the mechanism of interaction between Klebsiella pneumoniae pullulanase and cyclodextrin
  • Saka N, Iwamoto H, Malle D, Takahashi N, Mizutani K, Mikami B
  • Acta Crystallogr D Struct Biol. 2018 Nov 1;74(Pt 11):1115-1123. Epub 2018 Oct 30. » [Pubmed]
  • Role of the Tyr270 residue in 2-methyl-3-hydroxypyridine-5-carboxylic acid oxygenase from Mesorhizobium loti
  • Kobayashi J, Yoshida H, Yagi T, Kamitori S, Hayashi H, Mizutani K, Takahashi N, Mikami B
  • J Biosci Bioeng. 2017 Feb;123(2):154-162. Epub 2016 Aug 24. » [Pubmed]
  • Structure of Spo0M, a sporulation-control protein from Bacillus subtilis
  • Sonoda Y, Mizutani K, Mikami B
  • Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 2015 Dec 1;71(Pt 12):1488-1497. Epub 2015 Nov 18.  » [Pubmed]
  • [Review] High-throughput plasmid construction using homologous recombination in yeast: its mechanisms and application to protein production for X-ray crystallography
  • Mizutani K
  • Biosci Biotechnol Biochem. 2015 Jan;79(1):1-10.  » [Pubmed]
  • Structure of 4-pyridoxolactonase from Mesorhizobium loti
  • Kobayashi J, Yoshikane Y, Yagi T, Mizutani K, Takahashi N, Mikami B
  • Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 2014 Apr;70(Pt 4):424-32. Epub 2014 Mar 25.  » [Pubmed]
  • Structure of Beta-1,4-mannanase from the common sea hare Aplysia kurodai at 1.05 Å resolution
  • Mizutani K, Tsuchiya S, Toyoda M, Nanbu Y, Tominaga K, Yuasa K, Takahashi N, Tsuji A, Mikami B
  • Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2012 Oct 1;68(Pt 10):1164-8. Epub 2012 Sep 25.  »  [Pubmed]
  • Structural and functional characterization of recombinant medaka fish Alpha-amylase expressed in yeast Pichia pastoris
  • Mizutani K, Toyoda M, Otake Y, Yoshioka S, Takahashi N, Mikami B
  • Biochim Biophys Acta. 2012 Aug;1824(8):954-62. Epub 2012 May 18.  »  [Pubmed]
  • [Review] X-ray structures of transferrins and related proteins
  • Mizutani K, Toyoda M, Mikami B
  • Biochim Biophys Acta. 2012 Mar;1820(3):203-11. Epub 2011 Aug 9.  »  [Pubmed]
  • Crystal structures of protein-glutaminase and its pro forms converted into enzyme-substrate complex
  • Hashizume R, Maki Y, Mizutani K, Takahashi N, Matsubara H, Sugita A, Sato K, Yamaguchi S, Mikami B
  • J Biol Chem. 2011 Nov 4;286(44):38691-38702. Epub 2011 Sep 16.  »  [Pubmed]
  • High-throughput construction of expression system using yeast Pichia pastoris, and its application to membrane proteins
  • Mizutani K, Yoshioka S, Mizutani Y, Iwata S, Mikami B
  • Protein Expr Purif. 2011 May;77(1):1-8. Epub 2010 Dec 21.  »  [Pubmed]
  • Single-crystal x-ray diffraction study of a magnetically oriented microcrystal arrays of lysozyme
  • Kimura F, Mizutani K, Mikami B, Kimura T
  • Cryst Growth Des. 2011;11(1):12-15.
  • X-ray analysis of bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria at 2.3 Å resolution using a twinned crystal
  • Mizutani K, Toyoda M, Sagara K, Takahashi N, Sato A, Kamitaka Y, Tsujimura S, Nakanishi Y, Sugiura T, Yamaguchi S, Kano K, Mikami B
  • Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2010 Jul 1;66(Pt 7):765-770. Epub 2010 Jun 23.  »  [Pubmed]
  • Structural and functional characterization of recombinant human serum transferrin secreted from Pichia pastoris
  • Mizutani K, Hashimoto K, Takahashi N, Hirose M, Aibara S, Mikami B
  • Biosci Biotechnol Biochem. 2010 Feb;74(2):309-315. Epub 2010 Feb 7.  » [Pubmed]
  • Crystal structure of pyridoxamine-pyruvate aminotransferase from Mesorhizobium loti MAFF303099
  • Yoshikane Y, Yokochi N, Yamasaki M, Mizutani K, Ohnishi K, Mikami B, Hayashi H, Yagi T.
  • J Biol Chem. 2008 Jan 11;283(2):1120-7. Epub 2007 Nov 6.  » [Pubmed]
  • Synthesis of pyrophosphate-containing compounds that stimulate Vgamma2Vdelta2 T cells: application to cancer immunotherapy.
  • Tanaka Y, Kobayashi H, Terasaki T, Toma H, Aruga A, Uchiyama T, Mizutani K, Mikami B, Morita CT, Minato N.
  • Med Chem. 2007 Jan;3(1):85-99.  » [Pubmed]

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