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Inoue Akira

Faculty of Fisheries Sciences　Marine Life Science　Marine Biotechnology and MicrobiologyProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • 水産学博士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 70396307
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • アワビ
  • アルギン酸
  • 褐藻類
  • ミオシン
  • タンパク質
  • コンブ類
  • アルギン酸リアーゼ
  • ATP分解酵素
  • 組み換え酵素
  • セルラーゼ
  • カルモジュリン
  • 酵素
  • プロトプラスト
  • マコンブ
  • ATPase
  • アクチン
  • モータータンパク質
  • 細胞運動
  • 水産学
  • 海藻多糖
  • 代謝
  • 解凍系
  • ラミナラン
  • 解糖系
  • アメフラシ
  • 糖代謝
  • 多糖分解酵素
  • 腹足類
  • オリゴ糖
  • フコイダン
Research Field
  • Life Science, Aquatic life science
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Sep. 2021 - Present
    Hokkaido University, Faculty of Fisheries Sciences, 教授
  • Apr. 2005 - Aug. 2021
    Hokkaido University, Faculty of Fisheries Sciences, 准教授
Committee Memberships
  • 2017 - 2023
    日本水産学会, 編集委員, Society

Research activity information

■ Awards
  • 2024, 日本水産学会, 令和5年度 日本水産学会進歩賞
    高機能アルギン酸分解酵素の発見とそれを利用した有用褐藻類の機能タンパク質に関する生化学的研究
    井上 晶, 45161888
  • 2019, 日本学術振興会, 特別研究員等審査会専門委員（書面担当）の表彰
    井上 晶
  • 2016, 北海道, 北海道科学技術奨励賞
    井上 晶
  • 2009, 日本水産学会, 日本水産学会論文賞
    Comparative study on general properties of alginate lyases from some marine gastropod mollusks
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
■ Lectures, oral presentations, etc.
■ Syllabus
  • 海洋生物工学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 海洋生物工学特論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • Introduction to Fisheries Sciences Ⅱ（水産科学汎論Ⅱ）, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 細胞生物学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 海洋分子生物学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 水圏生化学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産増養殖実習, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 卒業研究, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 増殖生命科学演習, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅰ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅱ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 博物館実習, 2024年, 学士課程, 文学部
  • 水産生物化学, 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
  • JAPANESE SOCIETY FOR MARINE BIOTECHNOLOGY
  • THE JAPANESE SOCIETY OF FISHERIES SCIENCE
■ Research Themes
  • 褐藻類の有用多糖類およびカロテノイド類代謝関連酵素の探索と機能実証
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2024
    井上 晶
    コンブやワカメなどの褐藻類は、食糧としてだけでなく有用成分の供給源としても重要である。特に多糖類やカロテノイド類には他の藻類や陸上植物にみられないものが多く、それらのいくつかはヒトの暮らしの改善にも関わっている。一方、褐藻自身がそれらをどのようにして合成し、利用しているのかについては、不明な点が多い。本研究では、褐藻の有用化合物の代謝機構を解明するために、それに関わる酵素の同定と有用酵素の大量生産法の確立を目的としている。
    前年度までに、褐藻由来の酵素の基質となるアルギン酸分解物を細菌の酵素を用いて準備を進めたが、その過程で未知の化合物が検出された。そのため、これを生じる酵素の同定を進め、アルギン酸酸化代謝機構の全容を解明した。この成果は定説とは異なり、アルギン酸分解・代謝時に細胞内で還元力が蓄積されることを初めて実証したものであり、新技術開発への貢献が期待される。
    さらに、アルギン酸のマンヌロン酸とグルロン酸の配列を制御する酵素のマンヌロン酸C5-エピメラーゼについても組換え酵素の発現と機能解析を進めた。13種類のアイソザイムの発現系を構築したが、最も組換え酵素の収量が高かったものについて、詳細に酵素性状を解析した。注目すべき点としては、本酵素が比較的高い熱安定性をもつことがあげられ、40℃で1時間加熱後も95%以上の活性が残存していた。
    フコイダン分解酵素については、これまでに知見は少ないもののいくつかの細菌から同酵素が発見されている。本研究では、それらと配列相同性をもつ2つの褐藻のタンパク質の発現に成功したが、フコイダン分解活性は検出できなかった。そのため、他生物のフコイダン分解酵素の一次構造情報を得るために、新規細菌のスクリーニングを行い、1種類のフコイダン分解細菌を単離した。そのゲノム解析を行った結果、少なくとも3種類の候補タンパク質が存在することが分かった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H03039
  • 生分解性ポリマーPHBを高効率で分解する真菌由来新奇酵素に関する研究
    科学研究費助成事業
    30 Jul. 2020 - 31 Mar. 2023
    井上 晶
    近年、石油系プラスチックが地球環境や生態系に及ぼす影響が懸念されており、その代替素材として生分解性ポリマーの利用が注目されている。本研究では、それらのうちバイオマスが原料となるポリヒドロキシ酪酸（PHB）に着目した。先に、申請者は海砂からPHB分解能をもつ新しい真菌を単離した。同菌の培養液上清にはPHB分解酵素活性が検出されたため、その酵素の同定と性状解析を目的として研究を進めた。さらに、同酵素の遺伝子を用いて組換え酵素の大量発現システムの構築に取り組んだ。
    PHBを含む培養液で本菌を培養すると、その上清中には2つの主要タンパク質（約35 kDaと40 kDa）がSDS-ポリアクリルアミドゲル（PAGE）上で検出された。これらのタンパク質を泳動前に加熱処理を行わなかった場合には、同じSDS-PAGE条件下では検出されず、約110 kDaのタンパク質が出現した。そのため、これらのタンパク質はSDSが存在していても複合体を形成できる可能性が示唆された。加熱処理後の各タンパク質について、N末端配列を調べた結果、それぞれ7アミノ酸が決定されたが、互いに一致しない配列であった。これらの実験と並行して、本菌からmRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いてトランスクリプトームデータベースを構築した。各N末端配列を照合した結果、それぞれ完全に一致するアミノ酸配列をコードするタンパク質の遺伝子が一つずつ見出された。次に、各cDNAのクローニングを行いアミノ酸配列を決定した結果、いずれもN末端側に分泌シグナルと予測される配列が存在し、PHB分解に必須と考えられる触媒残基も保存されていた。これらについて、昆虫細胞分泌発現系を構築し、組換えタンパク質を発現した結果、約40 kDaのタンパク質だけがPHBを分解できることが分かった。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 20K21324
  • Identification of enzymes related to metabolism of useful compounds in brown algae
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2020
    INOUE AKIRA
    Brown algae biosynthesize unique polysaccharides and carotenoids that are rarely found in other organisms. It has been reported that some of these components exhibit interesting physiological activities that are useful for human beings. Therefore, these compounds have been drawing attention. Although some candidate enzymes involving these biosynthesis pathways have been predicted through massive gene researches of brown algae, there is poor information on functional enzymes at the protein level. In this study, we elucidated the functions of mannuronate C5-epimerase, which is involved in the sequencing of the polysaccharide alginate, and the function of alginate-degrading enzymes of brown algae, whose existence could not be found at the gene level. We also produced a lycopene-synthesizing Escherichia coli and it was used for functional identification of an enzyme involving β-carotene biosynthesis in brown algae.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 16H04977
  • A novel alginate-assimilating pathway in abalone that feeds on brown seaweeds
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2019
    Ojima Takao
    Herbivorous marine gastropods such as abalone and sea hare are considered to assimilate seaweed alginate using a specific alginate-metabolic enzymes. However, these enzymes had not been identified yet. In the present study, we investigated the alginate-assimilating enzymes of abalone, and have successfully identified an unsaturated alfa-keto acid (DEH) reducing enzyme HdRed and an alfa-keto-deoxygluconate (KDG) aldolase HdAld. These enzymes along with alginate lyases HdAly and HdAlex, which were previously identified by us, are considered to form an alginate-degrading and assimilating pathway as follows. 1) Alginate is degraded to DEH by HdAly and HdAlex. 2) DEH is reduced to KDG by HdRed. 3) KDG is split to pyruvate (PA) and glyceraldehyde (GA) by HdAld. 4) The thus resulted PA and GA are converted to acetyl CoA and assimilated by TCA cycle. This metabolic pathway was considered to distribute over many herbivorous gastropods.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 16K07864
  • Function and physiological role of myosin not having ATPase activity
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    INOUE AKIRA
    The amino acid sequence of SjMLP, which was a novel protein found in protoplast cells of brown alga (Saccharina japonica), shows high homology to other myosins. Interestingly, it is deficient a series of sequence after the converter region of a typical myosin heavy chain. Recombinant SjMLP bound to F-actin regardless of the presence or absence of ATP, but F-actin was bundled only when ATP was present. In addition, it was suggested that SjMLP is expressed specifically in protoplasts, but a protein having a typical myosin structure, in which the C - terminal part of SjMLP is extended, was expressed in algal cells before protoplast preparation. Since the osmotic pressure surrounding habitat of S. japonica varies depending on various environmental factors, SjMLP is considered to adapt to such changes through increasing the cell strength by F-actin bundling.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, 26660166
  • 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
  • Study on the myosin like protein from brwn alga Laminaria japonica
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2008 - 2009
    INOUE Akira
    A cDNA encoding myosin-like protein(LjMLP)was cloned from brown alga Laminaria japonica. LjMLP consists of 634 amino acids, which showed the significant homology with sequences of other species myosin motor domain, but there is no region corresponding to loop-2, converter, neck, and tail domains of other myosins in LjMLP. Recombinant LjMLP(rLjMLP)was expressed in insect cells and purified in the absence or presence of L. japonica calmodulin (LjCaM). When rLjMLP was co-expressed with rLjCaM, purified rLjMLP showed that actin-activated Mg-ATPase and actin translocation activities. rLjCaM showed the highest Mg-ATPase activity(0.68 1/sec)at 25℃ in the presence of 40μM F-actin. Actin movement was observed with the velocity of 0.03μm/sec at 25℃ in in vitro motility assay. Genomic DNA analysis revealed LjMLP gene was comprised of four exons interleaved with three introns. According to RT-PCR analysis, mRNA of LjMLP was expressed independent of cultivated-season of L. japonica.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, 20780150
  • 海洋無脊椎動物海藻多糖分解酵素の昆虫細胞系による発現生産
    科学研究費助成事業
    2005 - 2006
    井上 晶
    本研究では、申請者らのグループによりクローン化されたエゾアワビ・アルギン酸リアーゼ(HdAly)および同セルラーゼ(HdEG66)をコードするcDNAを用いて、組み換えバキュロウィルスを調製し、昆虫細胞Sf9に感染後、組み換え酵素を分泌発現させた。精製組み換え酵素は、SDS-PAGE上で、ほぼ単一のバンドとして検出された。組み換えHdAlyの性状解析を行った結果、至適温度および同pHは、天然のHdAlyと同等であったが、熱安定性は天然のものと比べて約5℃低かった。これは、組み換えHdAlyの糖鎖修飾が天然のものと異なっているためと考えられた。また、組み換えHdEG66の性状を調べた結果、比活性は天然のものとほぼ同じ値をもつことが明らかになり、至適温度、同pH、および熱安定性も天然のものと同等であった。
    組み換え酵素およびセルラーゼオノズカを用いて、マコンブのプロトプラスト化能を検討した結果、組み換えHdAly 150 U/mlとセルラーゼオノズカ 5 U/mlを加えて藻体を人工海水中で3時間、17℃で処理したときにプロトプラスト作出能が最大(2x10^7 cells/g fresh weight)となった。一方、セルラーゼオノズカを同活性の組み換えHdEG66に置換した場合には、プロトプラストは観察されなかった。組み換えHdEG66を最大100 U/mlとなるように加えた場合でも同様であった。これらの結果は、組み換えHdAlyはセルラーゼオノズカと混合使用することにより、マコンブからプロトプラストの調製は可能であるが、組み換えHdEG66はプロトプラストの調製には適さないことを示唆している。また、上記のプロトプラスト作出条件は、ワカメおよびチガイソにも適用可能であったことから、本法は褐藻類のプロトプラスト調製において汎用性が高いと考えられた。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 17780164
■ Industrial Property Rights
  • アルギン酸の分解方法
    Patent right, 井上 晶; 中川 聡, 国立大学法人北海道大学
    特願2012-507011, 22 Mar. 2011
    特許第5858542号
    25 Dec. 2015
    201603009455492856
  • アルギン酸の分解方法
    Patent right, 井上 晶; 中川 聡, 国立大学法人北海道大学
    JP2011056835, 22 Mar. 2011
    WO2011-118582, 29 Sep. 2011
    201303080291547909