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Tanaka Hiroyuki

Faculty of Fisheries Sciences　Marine Life Science　Marine Biotechnology and MicrobiologyAssistant Professor

Researcher basic information

■ Degree
  • 水産学修士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 90241372
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • invertebrate
  • molecular biology
  • 水産化学
  • タンパク質の構造・機能相関
  • 生体高分子
  • Marine biochemistry(6302)
  • Structure-function relationships of protein(5802)
  • Biopolymer(4706)
Research Field
  • Life Science, Aquatic life science
  • Life Science, Functional biochemistry
  • Nanotechnology/Materials, Bio chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • 2007
    - 大学院水産科学研究院 助教

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
■ Syllabus
  • 水圏生化学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 基礎生命科学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
■ Affiliated academic society
  • THE ZOOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN
  • 日本生化学会
  • 日本水産学会
  • 日本付着生物学会
■ Works
■ Research Themes
  • Investigation for regulatory mechanisms of cnidarian muscle contraction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2024
    田中 啓之
    ミズクラゲ横紋筋から精製したミオシンの画分に少量含まれていることが確認された新規カルシウムイオン結合タンパク質、AaCBPを認識する抗体を精製した。また、ミズクラゲ横紋筋アクトミオシンの構成成分であるものの、機能が不明なパラミオシン様タンパク質について、C末端断片を大腸菌発現させ、ウサギに免疫して抗血清を作製した。これらの抗体を用いて、ウェスタンブロッティングや免疫染色を行い、これらのタンパク質の発現解析を行った。また、ミズクラゲのポリプや成体の下傘、上傘、口腕など各種の組織・部位からのRT-PCRによる発現解析も行った。それらの結果、これらのタンパク質はいずれも横紋筋を含む組織に特異的に発現しており、横紋筋に特有の形態形成、収縮や収縮の調節等に関与している可能性が示された。特に、AaCBPに関しては、サルコメア構造の中でもミオシンフィラメントの部位に存在することが明らかとなった。また、横紋筋から抽出・精製した天然アクトミオシンには、AaCBPが結合していること、そしてそれは、天然アクトミオシンにキモトリプシンを作用させてミオシンの重鎖が切断されると遊離することも示された。以上の結果から、AaCBPはミオシンに結合して機能するタンパク質であると考えられ、筋細胞への刺激伝達時に細胞内で濃度が上昇するカルシウムイオンを結合して、情報をミオシンに伝達し、アクチン-ミオシン相互作用を促進して筋収縮を引き起こすという、筋収縮調節機構の存在が示唆された。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 19K06755
  • Regulatory mechanisms for echinoderm muscle contraction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2012 - 31 Mar. 2016
    Tanaka Hiroyuki; HADANO Junji; MORITA Takahiro; NOTO Kouki; ZUSHI Hideki; HATTORI Kazuki
    Most of the musculature in echinoderms are smooth muscle and the contraction of which is believed to be regulated by the phosphorylation of myosin light chain depending on intracellular Ca2+ concentration as in the case of other smooth muscles in higher animals. In this study, troponin which is known as an actin-linked regulatory protein of striated muscles was revealed to be present in the various smooth muscles of sea urchin. The subunits of sea urchin troponin were obtained by the expression system constructed in Escherichia coli and were confirmed to be functional in vitro, even though they are lacking some regions which are known to be essential for the Ca2+-dependent activation of vertebrate striated muscle contraction. Therefore, the sea urchin troponin should activate the contraction by the acting mechanisms different from those of vertebrate troponin.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 24580293
  • Temperature adaptation and regulatory mechanisms of molluscan muscle contraction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2008 - 2011
    TANAKA Hiroyuki; OJIMA Takao
    We revealed that molluscan troponin-tropomyosin, the regulatory protein of muscle contraction, functions through the novel molecular mechanism that is different from those known for vertebrate troponin-tropomyosin. In addition, we suggested that the novel mechanism is present in arthropods and echinoderms and ubiquitous for invertebrate animals. Furthermore, we revealed that molluscs express various isoforms of the regulatory proteins, the biochemical properties of which are significantly different from each other. We proposed that the presence of these isoforms should be associated with the temperature adaptation of the molluscs and the difference of the locomotor habits of molluscan species.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 20580217
  • Study on the metabolic pathways for seaweed polysaccharides in abalone
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2007 - 2010
    OJIMA Takao; INOUE Akira; TANAKA Hiroyuki; SAWABE Tomoo
    Herbivorous marine gastropods like abalone and sea hare possess various polysaccharide-degrading enzymes which can degrade seaweeds' polysaccharides such as alginate, laminaran, mannan, xylane, and cellulose to oligo- and monosaccharides. These saccharides are considered to be metabolized via glycolytic pathway and TCA cycle. In the present study, we isolated several polysaccharide-degrading enzymes, e.g., alginate lyase, laminarinase and mannanase, from abalone and sea hare and investigated their biological roles in the metabolism of seaweeds' polysaccharides in gastropods.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 19380117
  • イガイ類の付着機構に関する生化学的研究
    科学研究費助成事業
    2003 - 2005
    田中 啓之
    イガイ類の付着は足から分泌されるタンパク質が硬化して形成される足糸によって行われる。この足糸タンパク質は、生合成から分泌に至るまでの間に細胞内で様々な翻訳後修飾を受けることが知られている。本研究では、翻訳後修飾に関わる酵素や分泌に関与するタンパク質を明らかにするため、足糸タンパク質と相互作用するタンパク質を、酵母Two-Hybrid systemを用いてスクリーニングすることにした。
    函館湾においてイガイ類を採取し、まず、既報のPCR法によって種の同定を行った。その結果、採取した10個体はいずれもムラサキイガイであることを確認した。次に、そのうち1個体の足よりmRNAを分離してcDNAの合成を行った後、PCRによって2種類の足糸タンパク質(MGFP1およびMGFP2)をコードするcDNAの増幅を行った。MGFP1-cDNAの増幅産物については、様々なサイズを示したが、5'端側から分析した部分塩基配列はいずれも相同で、既報の配列にほぼ一致した。一方、MGFP2-cDNAの増幅産物についても、様々なサイズのものが得られ、同様に5'端側の相同性は高かったが、3'端側の繰り返し領域は、繰り返し単位の欠損や重複により、少なくとも3つの配列パターンに分類されることがわかった。さらに、これらのアイソフォームは異なる複数の遺伝子にコードされていることが示唆された。これらの結果は、MGFP2の基本構造が種を超えて保存されているとする既報の知見とは異なっていた。また、配列も既報のものとはアミノ酸配列レベルで約85%の相同性を示すに留まり、異なっていることがわかった。さらに、MGFP1およびMGFP2をコードするこれらのcDNAをBaitベクターにサブクローニングする一方、cDNAライブラリーをPreyベクターに構築して酵母Two-Hybrid systemによるスクリーニングの準備をした。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 15780139
  • Studies on primary structures and genes of cellulases from marine invertebrates
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2003 - 2005
    OJIMA Takao; KISHIMURA Hideki; TANAKA Hiroyuki
    Distribution of cellulases in marine invertebrates was investigated by measuring the cellulase activity (CMCase activity) of digestive fluids from various invertebrates. Accordingly, herbivorous invertebrates such as abalone, sea urchin, and scallop were found to possess cellulases, whereas carnivorous invertebrates like starfish and Neptune snail were considered to possess no cellulases. Subsequently, cellulases (endo-1,4-β-glucanases) were isolated from abalone, sea urchin, and scallop by conventional column chromatographies and their cDNA and structural genes were cloned to deduce their primary structure. According to the deduced structures, the abalone, sea urchin, and scallop enzymes were classified to glycoside hydrolase family 9 (GHF9) as in case of termite and crayfish cellulases previously reported. Phylogenetic analysis of cellulase genes indicated that abalone, sea urchin, and scallop cellulases were derived from a common ancestral gene along with arthropod enzymes. In the abalone digestive fluid, an isozyme possessing a family-II carbohydrate-binding module in the N-terminus was found. This enzyme is the first animal cellulase possessing the family-II CBM in the N-terminus of the GHF9-type catalytic domain. Degrading abilities of the invertebrate cellulases toward cello-oligosaccharides were investigated. The abalone cellulase could degrade trisaccharide to disaccharide and glucose ; however, the sea urchin and scallop enzymes could not. Thus smallest substrate was trisaccharide for the abalone enzyme but tetrasaccharide for sea urchin and scallop enzymes. Further, when tetrasaccharide was allowed to react, the abalone enzyme split it into two moles of disaccharide, while the sea urchin and scallop enzymes split into trisaccharide and glucose as well as 2 moles of disaccharide. Therefore, the catalytic mechanism of invertebrate cellulases was considered to vary depending on the animal species although the enzymes all belong to GHF9.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 15380138
  • 軟体動物アルギン酸リアーゼの起源と遺伝子構造に関する研究
    科学研究費助成事業
    2003 - 2004
    尾島 孝男; 岸村 栄毅; 田中 啓之
    本年度は、アワビ・エンド型アルギン酸リアーゼ(HdAly)の構造遺伝子を染色体DNAライブラリーからクローニングし、そのイントロンとエキソンの配置を解析した。構造遺伝子の塩基配列とcDNAの塩基配列とを比較した結果、HdAlyの構造遺伝子は2784bpから成り、2つのイントロンで分断された3つのエキソンから構成されることが明らかになった。イントロンの位置は5'-非翻訳領域内部および分泌シグナルと触媒部位の連結部位にそれぞれ存在していた。なお、HdAlyの触媒部位のコード領域は1つのエキソンから構成されていたが、これはHdAlyの構造遺伝子の起源が比較的新しいことを示すものと考えられる。一方、本年度はエゾアワビ消化液から新たにエキソ型のアルギン酸リアーゼHdAlexを単離した。HdAlexはSDS-PAGEで分子量約36,000の単一バンドを示し、poly(M)-blockを特異的に分解した。また、ポリマンヌロン酸分子の還元末端より2番目のグリコシド結合を切断することが明らかになった。次いでアワビ肝膵臓cDNAライブラリーからHdAlexのcDNAをクローン化し、その塩基配列を分析した。その結果、cDNAの翻訳領域822bpからHdAlex前駆体の273残基のアミノ酸配列が演繹された。さらに、HdAlexは翻訳後修飾により256アミノ酸残基から成る成熟体に変換されることが明らかになった。HdAlexのアミノ酸配列は、アワビのエンド型リアーゼHdAlyと67.2%、サザエのエンド型リアーゼと61.8%、およびクロレラウィルス・アルギン酸リアーゼ(CL2)と34.1%の相同性を示した。これらの結果より、エンド型とエキソ型のアルギン酸リアーゼ遺伝子が共通の祖先遺伝子から分化したことが強く示唆された。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 15658061
  • cDNA Cloning and Amino Acid Sequence of Myosin and Actin of valuable Fishes for Food Industry
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1998 - 2001
    NISHITA Kiyoyoshi; TANAKA Hiroyuki; OJIMA Takao
    The cDNA libraries were constructed from dorsal muscle of four species of fishes. In case of salmon, the libraries were also constructed from dark and cardiac muscles. Then, the cDNAs for the myosin heavy chains and actins were cloned and amplified by PCR. Nucleotide sequences were determined by thermal cycle sequencing. Results obtained were as follows;
    1. Two species of myosin heavy chain cDNA clones were found in the salmon ordinary muscle. The nucleotide sequences of the both clones were determined and deduced the complete amino acid sequences of 1,937 residues. The sequences show low homology as 71 % and dispersed amino acid replacements. 2. The myosin cDNA clone was prepared from salmon dark muscle and cardiac muscle. From their nucleotide sequences, amino acid sequences of 246 residues were deduced According to the sequence comparison and database search, one of the clones found in the salmon ordinary muscle was concluded to be identical with the dark muscle myosin clone. 3. From the cDNA library of the ordinary muscle of arabesque greenling, two species of cDNA clones encoding ordinary muscle myosin and dark muscle myosin were obtained. Thereby, complete amino acid sequence of 1931 residues of the "dark muscle type" myosin was determined. The sequence of 832 residues of the "dark muscle type" was also determined. 4. As for the mackerel, partial amino acid sequences of 245 residues were determined of the both ordinary and dark muscle type myosins. 5. Three species of actin cDNA clones of salmon, walleye pollack, and arabesque greenling were obtained and determined the nucleotide sequences deducing the complete amino acid sequences of 375 residues. 6. The sequence comparison and discussion on the fish myosins and actins were made from various viewpoints. Two manuscripts were made and submitted.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), HOKKAIDO UNIVERSITY, 10306013
  • 軟体動物トロポニンIのN端伸長領域の存在意義の研究
    科学研究費助成事業
    1999 - 2000
    田中 啓之
    1.ホタテガイ類TnIの一次構造と機能の相関の検討
    アカザラガイTnIのcDNAを鋳型として種々の領域をPCR増幅し、それらを発現ベクターに組み込んで大腸菌によるTnI断片発現系を構築した。現在、N端伸長領域を含む断片の発現には至っておらず、脊椎動物TnIと相同性を示すC端側の領域に含まれる残基130-292、残基130-252および残基231-292の領域について発現を行った。さらにこれらの領域に相当するウサギTnIの領域についても同様にして発現系を構築した。これらの断片のTnCとの結合能を比較した結果、残基231-292について、ウサギTnIではCa依存的な強い結合が認められるのに対し、アカザラガイTnIでは全く結合しないなどの大きな相異が認められた。従って、アカザラガイTnIの収縮調節における作用機構は脊椎動物TnIのそれとは異なっていることが示唆された。
    2.N端伸長領域と相互作用する蛋白質の酵母Two-Hybrid systemによる検索
    アカザラガイTnIのN端伸長領域にあたる残基1-129、脊椎動物TnIと相同性を示す残基130-292およびTnC結合部位である残基130-183の領域をコードするDNAを調製し、それらをpHybLex/Zeoベクターに組み込んで酵母EGY48(pSH18-34)を形質転換した。さらにそれらをpYESTrp2ベクターに構築したアカザラガイ横紋筋cDNAライブラリーで形質転換し、Leu非要求性およびLacZの発現を指標として、上述の領域と相互作用する蛋白質を検索した。その結果、残基130-292に関してはTnCおよびTnTが、残基130-183に関してはTnCが相互作用蛋白質として検出されるなど予想通りの結果が得られる一方で、N端伸長領域である残基1-129に関しては相互作用蛋白質を検出するには至らなかった。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 11760144
  • Amino Acid Sequence Analysis of Fish Myosin
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1995 - 1997
    NISHITA Kiyoyoshi; TANAKA Hiroyuki; OJIMA Takao
    We have determined the sequence of 1-1287 amino acids of walleye pollack myosin by cDNA cloning. In this year, the homology between the sequences determined with cDNA and myosin protein, and modified amino acid were investigated. Heavy meromyosin (HMM) was prepared by alpha-chymotryptic digestion of walleye pollack myofibrils and its light chains were removed with urea-acetone. By digestion of HMM with CNBr, lysylendopeptidase, arginylendopeptidase, alpha-chymotrypsin, and trypsin, 6,37,14,6, and 5 peptides, respectively, were obtained. From these peptides, 725 amino acid residues were sequenced by automated Edman method. Accordingly, 355 and 370 residues in S-1 and S-2 regions, respectively, were sequenced. Walleye pollack myosin was found to possess unmodified lysine at the position 35 where the monomethyl lysine exists in chicken myosin and the sequence homology around it is 52-57% to vertebrate myosins. Further, trimethyl lysine was detected at 550 and the homology around it is 71-81%. Moreover, the sequence ^<834>Val-Tyr-Tyr-Lys-Ile-Lys^<839> in the S-2 region waspredicted to be formed beta-sheet structure instead of alpha-helix of carp and rabbit myosins. Existence of two myosin protein isoforms were suggested in adding to two other isoforms of the cDNA clones.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 07456093
  • ホタテガイ類トロポニンの一次構造決定と一次構造・機能相関の研究
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    田中 啓之
    アカザラガイ横紋閉殻筋トロポニンの一次構造を決定することができた。このトロポニンIはアミノ酸292個からなり、端はアセチル化によってブロックされていた。分子量は34,678と計算され、従来SDS電気泳動法で見積もられてきた52,000に比べ小さいことがわかったが、これはこのトロポニンIがGluに非常に富んだ領域を持ち、電気泳動において異常な移動度を示すためであると推測された。アカザラガイトロポニンIの一次構造を既に一次構造が報告されている他種のトロポニンIのそれと比較すると、C端側の領域(残基134-292)が脊椎動物トロポニンIに対し26-30%、また節足動物トロポニンIに対し39%の相同性を示すことがわかった。特にこのC端側領域の中でも脊椎動物トロポニンIにおいてアクチンやトロポニンCとの結合部位と考えられている部位については他種トロポニンIとの相同性が高かった。一方、N端部分は脊椎動物骨格筋トロポニンIに比べて約130残基、また節足動物トロポニンIに比べて約50から110残基も突出しており、この突出したN端領域(残基1-133)はGluとArgに富んだ特異な配列からなっていた。また、配列データベースの検索により、このN端領域の中でも残基76-115の領域がトロポニンTやカルデスモンのトロポミオシン結合部位と相同性を示すことが検出され、トロポミオシンとの相互作用の機能を担っている可能性が示唆された。そこで、アカザラガイトロポニンIをCNBr消化しN端断片(残基1-129)とC端断片(残基158-292)を調製し、これらのトロポミオシン・アクチン複合体ととの結合性を超遠心共沈法によって検討したが、C端断片がトロポミオシン・アクチン複合体と結合する一方で、N端断片は結合せず、N端領域にトロポミオシンとの相互作用機能が存在することを証明するには至らなかった。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 08760194
  • 水産生物タンパク質の構造、機能および発現の解析
    Competitive research funding
  • Structural, functional, and expressional analysis of protein in marine organisms
    Competitive research funding