• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Enhancing the diversity of peptides by amino acids with reactive functional groups

Planned Research

Project AreaSystems biosynthetics based on accumulation, prediction, and creation of biological reactions
Project/Area Number 22H05130
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

勝山 陽平  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (50646437)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小笠原 泰志  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20732986)
Project Period (FY) 2022-06-16 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥86,580,000 (Direct Cost: ¥66,600,000、Indirect Cost: ¥19,980,000)
Fiscal Year 2025: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2024: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
Fiscal Year 2023: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Fiscal Year 2022: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Keywords生合成 / ジアゾ基 / 天然物 / 二次代謝 / 亜硝酸 / 放線菌 / ペプチド / 酵素
Outline of Research at the Start

反応性の高い置換基であるジアゾ基とイソニトリルに着目し、これらの構造をペプチドなどの天然物に自在に導入する酵素反応のデザインを目指す。高反応性置換基を持つ天然物の生合成メカニズムを理解することで、構成要素のライブラリーを拡充するとともに、それらを認識しうる酵素の知見を集積する必要がある。それと同時に得られた知見を利用して、実際に高反応性置換基をデザインする技術を開発する必要がある。クリックケミストリーと進化工学、機械学習を組み合わせることで効率的に酵素をデザインする方法を開発するとともに、創出した化合物に化学反応を施すことで効率的な構造多様化を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

ジアゾ基合成酵素CmaA6の結晶化条件を検討することでCmaA6の構造を解くことに成功した。また、同様にAMP結合型のCmaA6の構造を明らかにした。AMPは亜硝酸AMP体の結合状態を模倣していると予想された。そのため、この構造から、亜硝酸結合位置を予測した。得られた情報をもとに部位特異的変異導入を実施し、反応に重要な残基を同定した。さらに、亜硝酸受容基質との複合体の構造を予測し、部位特異的変異導入を実施することで基質結合様式を推定した。また、クライオ電子顕微鏡を用いてもCmaA6の構造を明らかにすることに成功した。また、CmaA6の速度論解析を詳細に行い、その反応メカニズムに関する重要な知見を得ることに成功した。また、ジアゾ基合成酵素をデータベースから探索し、ネットワーク解析を用いて分類することで、この酵素群が複数のグループに分類できることがわかった。これらのうち、異なるグループに属する4つのジアゾ基合成酵素の機能解析に新たに成功した。さらに、デザインした基質ライブラリーを用いてこれらの基質特異性を解析し、これらの基質認識の傾向を明らかにした。また、一部は基質特異性がゆるく、この酵素が幅広いジアゾ基含有化合物の生産に用いることができる有用なツールであることが示唆された。
ゲノムデータベースを探索した結果、ポリケチド合成酵素と鉄/α-ケトグルタル酸依存イソニトリル合成酵素の遺伝子がクラスターをなしているケースを多数見い出せた。新規化合物の生合成遺伝子クラスターの可能性が高い複数のクラスターについて、近縁の異種宿主で発現したが、特異的代謝産物が得られなかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ジアゾ基合成酵素の機能解析は順調に進んでいる。また、ゲノムデータベースとネットワーク解析を利用することで新規なジアゾ基合成酵素を見出すことに成功している。これらの一部は反応性が高く、ものつくりに有用な酵素であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

ジアゾ基合成酵素の網羅的解析を引き続き実施する。未解析のグループに属するジアゾ基合成酵素の遺伝子をクローニングし、それらの組換えタンパク質を取得し、基質特異性を網羅的に評価する。これにより、ジアゾ基合成酵素の基質認識メカニズムを解明する。また、これらの中から基質特異性がゆるく、ものつくりに有用なものに関してはX線結晶構造解析などにより、基質認識機構を明らかにする。これにより、基質認識機構を明らかにする。さらに得られた情報を用いて基質特異性の改変を試みる。また、ジアゾ基含有化合物の探索を引き続き実施する。ジアゾ基含有化合物を生合成すると予想される生合成遺伝子クラスターを異種発現などにより解析することで、新たなジアゾ基含有化合物の創出を実現する。また、非リボソームペプチド合成酵素の機能改変を行うことで、ジアゾ基含有化合物を取り込むことのできる酵素の創出を目指す。
イソニトリル部は生合成の初期段階で導入されることが示されており、本年度は見出したクラスターのイソニトリル合成酵素の基質特異性をそれぞれin vitro実験で検証する。また、基質特異性の寛容な酵素を用いた新規イソニトリル含有化合物の創製を目指す。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 5 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Identification of the cirratiomycin biosynthesis gene cluster in Streptomyces cirratus: elucidation of the biosynthetic pathways for 2,3‐diaminobutyric acid and hydroxymethylserine2024

    • Author(s)
      Sakata Shunki、Li Jiafeng、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Shin‐ya Kazuo、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: - Issue: 28

    • DOI

      10.1002/chem.202400271

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of the <i>p-</i>coumaric acid biosynthetic gene cluster in <i>Kutzneria albida</i>: insights into the diazotization-dependent deamination pathway2024

    • Author(s)
      Kawai Seiji、Yamada Akito、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Beilstein Journal of Organic Chemistry

      Volume: 20 Pages: 1-11

    • DOI

      10.3762/bjoc.20.1

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of a new oligomycin derivative as a specific inhibitor of the alternative peptidoglycan biosynthetic pathway2024

    • Author(s)
      Umetsu Shuhei、Tsunoda Takeshi、Kiyanagi Haruka、Inahashi Yuki、Nonaka Kenichi、Dairi Tohru、Ogasawara Yasushi
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: 77 Issue: 3 Pages: 182-184

    • DOI

      10.1038/s41429-023-00693-0

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification and Analysis of the Biosynthetic Gene Cluster for the Hydrazide-Containing Aryl Polyene Spinamycin2023

    • Author(s)
      Kawai Seiji、Yamada Akito、Du Danyao、Sugai Yoshinori、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 18 Issue: 8 Pages: 1821-1828

    • DOI

      10.1021/acschembio.3c00248

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] <i>In vitro</i> characterization of nonribosomal peptide synthetase-dependent <i>O</i>-(2-hydrazineylideneacetyl)serine synthesis indicates a stepwise oxidation strategy to generate the α-diazo ester moiety of azaserine2023

    • Author(s)
      Shikai Yusuke、Kawai Seiji、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 14 Issue: 33 Pages: 8766-8776

    • DOI

      10.1039/d3sc01906c

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Peptide Epimerase Responsible for <scp>d</scp>-Amino Acid Introduction in Poly-γ-glutamic Acid Biosynthesis2023

    • Author(s)
      Kato Hinata、Sakuta Moeka、Tsunoda Takeshi、Nakashima Yu、Morita Hiroyuki、Ogasawara Yasushi、Dairi Tohru
    • Journal Title

      Biomacromolecules

      Volume: 25 Issue: 1 Pages: 349-354

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.3c01000

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structure of lasso peptide epimerase MslH reveals metal-dependent acid/base catalytic mechanism2023

    • Author(s)
      Nakashima Yu、Kawakami Atsushi、Ogasawara Yasushi、Maeki Masatoshi、Tokeshi Manabu、Dairi Tohru、Morita Hiroyuki
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 4752-4752

    • DOI

      10.1038/s41467-023-40232-x

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Peptide epimerase-dehydratase complex responsible for biosynthesis of the linaridin class ribosomal peptides2023

    • Author(s)
      Xiao Wanlu、Tsunoda Takeshi、Maruyama Chitose、Hamano Yoshimitsu、Ogasawara Yasushi、Dairi Tohru
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 87 Issue: 11 Pages: 1316-1322

    • DOI

      10.1093/bbb/zbad106

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bacterial Avenalumic Acid Biosynthesis Includes Substitution of an Aromatic Amino Group for Hydride by Nitrous Acid Dependent Diazotization2022

    • Author(s)
      Kawai Seiji、Hagihara Ryota、Shin‐ya Kazuo、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 45

    • DOI

      10.1002/anie.202211728

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enzymatic synthesis of non-natural flavonoids by combining geranyl pyrophosphate C6-methyltransferase and aromatic prenyltransferase2022

    • Author(s)
      Tsutsumi Hayama、Urano Naoki、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 86 Issue: 9 Pages: 1270-1275

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac099

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] データーベースからのATP依存型ジアゾ化酵素の探索及び基質特異性評価2024

    • Author(s)
      寧 嘉宇、川合 誠司、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Alazopeptin生合成由来N-acetyl-6-diazo-5-oxo-L-norleucine認識アデニル化酵素AzpCの基質特異性の改変2024

    • Author(s)
      丸山 崇史、三宅 恒輝、川合 誠司、森脇 由隆、寺田 透、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Streptomyces由来cyclopenta[b]pyridine含有ポリケタイドstreptazone類生合成のin vitro解析2024

    • Author(s)
      平松 太地、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ペプチドグリカン生合成経路阻害剤の探索2024

    • Author(s)
      梅津 秀平, 角田 毅, 鬼柳 春花, 稲橋 佑起, 野中 健一, 小笠原 泰志, 大利 徹
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規メナキノン生合成経路阻害剤の探索2024

    • Author(s)
      鬼柳 春花, 菊池 麻里江, 角田 毅, 野中 健一, 稲橋 佑起, 小笠原 泰志, 大利 徹
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 抗腫瘍抗生物質マイトマイシンの生合成解析2024

    • Author(s)
      高橋 佑大, 角田 毅, 大利 徹, 小笠原 泰志
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] イソキサゾリン構造を有するアシビシンの生合成解析2024

    • Author(s)
      布田 大志, 小笠原 泰志, 大利 徹
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度 東京大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ATP依存型ジアゾ化酵素CmaA6の構造機能解析2023

    • Author(s)
      川合 誠司、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Alazopeptin生合成由来アデニル化酵素AzpCの基質認識の改変2023

    • Author(s)
      丸&#12077; 崇史、三宅 恒輝、川合 誠司、森脇 由隆、寺田 透、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Streptomyces 由来ポリケタイドstreptazone類の生合成に関する研究2023

    • Author(s)
      平松 太地、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 芳香族ポリケタイドyoropyrazone のスピロ環骨格形成に至るまでの生合成経路の解明2023

    • Author(s)
      清藤 鈴奈、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Biosynthesis of Diazo Group-Containing Natural Products in Actinobacteria2023

    • Author(s)
      Yohei Katsuyama
    • Organizer
      KMB 50th Anniversary 2023 Annual Meeting & International Symposium(Gyeongju, Korea)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Biosynthesis of diazo group-containing natural products in actinobacteria2023

    • Author(s)
      Yohei Katsuyama
    • Organizer
      Japan-German Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis(Kyoto)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Unprecedented Peptide Epimerases for Natural Products Biosynthesis2023

    • Author(s)
      Yasushi Ogasawara and Tohru Dairi
    • Organizer
      Japan-German Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis(Kyoto)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] メナキノン新規生合成経路阻害剤の探索2023

    • Author(s)
      鬼柳 春花, 菊池 麻里江, 小笠原 泰志, 大利 徹
    • Organizer
      日本農芸化学会北海道支部2023年第一回講演会 2023年
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Two Novel Peptide Epimerases Involved in the Biosynthesis of Ribosomally Synthesized and Posttranslationally Modified Peptides2023

    • Author(s)
      Yasushi Ogasawara and Tohru Dairi
    • Organizer
      3rd Japan-Switzerland-Germany Workshop on Biocatalysis and Bioprocess Development
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 抗腫瘍抗生物質マイトマイシンの生合成解析2023

    • Author(s)
      高橋 佑大, 中川 陽, 角田 毅, 大利 徹, 小笠原 泰志
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチドグリカン新規生合成経路阻害剤の探索2023

    • Author(s)
      梅津 秀平, 角田 毅, 稲橋 佑起, 野中 健一, 小笠原 泰志, 大利 徹
    • Organizer
      2023年度(第37回)日本放線菌学会(広島県東広島市)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Peptide epimerase responsible for D-amino acid introduction in poly-γ-glutamic acid biosynthesis2023

    • Author(s)
      Hinata Kato, Moeka Sakuta, Takeshi Tsunoda, Yu Nakashima, Hiroyuki Morita, Yasushi Ogasawara, and Tohru Dairi
    • Organizer
      The 60th Japanese Peptide Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Production of phenyldiazene derivatives using the biosynthetic pathway of an aromatic diazo group-containing natural product from an actinomycete2023

    • Author(s)
      川合 誠司、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度 広島大会(オンライン開催)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ジアゾ基含有天然物生合成機構の理解と応用2023

    • Author(s)
      勝山 陽平
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度 広島大会(オンライン開催)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Avenalumic acid biosynthesis includes substitution of an aromatic amino group for hydride via nitrous acid dependent diazotization in Streptomyces sp. RI-772023

    • Author(s)
      Seiji Kawai, Kazuo Shin-ya, Yohei Katsuyama, Yasuo Ohnishi
    • Organizer
      Society for Industrial Microbiology and Biotechnology (SIMB)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Streptomyces cirratus が生産する非リボソームペプチドcirratiomycinの生合成研究2022

    • Author(s)
      阪田 峻基、李 佳鳳、新家 一男、品田 哲郎、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2022年度 (第36回) 日本放線菌学会(福井県福井市)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] iminimycin生合成に関わるI 型ポリケタイド合成酵素ImiA1 のアシルトランスフェラーゼド メインの基質特異性解析2022

    • Author(s)
      清藤 鈴奈、堤 隼馬、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      2022年度 (第36回) 日本放線菌学会(福井県福井市)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Biosynthesis of secondary metabolites using nitrous acid in actinobacteria2022

    • Author(s)
      勝山 陽平
    • Organizer
      札幌生合成国際シンポジウム(北海道大学薬学部&オンライン)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2022-06-20   Modified: 2025-06-20  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi