ポリケタイド合成酵素の機能改変による新規分子骨格の創出および物質生産系の構築

• Project/Area Number: 14J12365
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomolecular chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 張 驪駻 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 生合成 / 遺伝子 / ポリケタイド / コンビナトリアル生合成 / ゲノムマイニング / 合成生物学

Outline of Annual Research Achievements

これまでにアミノポリオール化合物であるmediomycin、ECO-02301、neotetrafibricinの3化合物の比較から、1型モジュール型ポリケタイド合成酵素はケトシンターゼドメインとその上流の修飾ドメインが協調して同時に遺伝子組み換えを起こすメカニズムが判明していたが、新たに見出されたneomediomycinのポリケタイド合成酵素を合わせた解析から、この遺伝子組み換えメカニズムが同様に適応されることが分かった。ケトシンターゼの配列解析をneomediomycinに関しても行った結果、これまでに同定されていた、基質の修飾段階の違いを反映する特徴的なモチーフは、neomediomycinにおいても同様に保存されていることが明らかとなった。また、4つのアミノポリオール化合物のポリケタイド合成酵素の配列比較からは、これまで本ドメインの脱水反応における反応機構では本残基は直接の触媒には関わらないとされているチロシン残基が活性に必須であることが示唆された。さらに、アミノ酸配列のアライメント解析により、アシルトランスフェラーゼドメインの後方に位置する保存されたリンカー領域が遺伝子組み換えのホットスポットとなっていることを明らかとした。以上、4つのポリケタイド合成酵素の比較進化解析はこれまでの少数のポリケタイド合成酵素での解析結果を裏付けるものであり、詳細な配列分析により得られた遺伝子進化メカニズムに対する知見は、ポリケタイド合成酵素を自然界が組み替えるメカニズムの一端を明らかとしたものであり、モジュール型ポリケタイド合成酵素の合理的再設計に応用されることが期待出来る。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学院上海有機化学研究所(中国)
• [Journal Article] Characterization of giant modular PKSs provides insight into genetic mechanism for structural diversification of aminopolyol polyketides (2017)
  • Author(s): Zhang, L., Hashimoto, T., Qin, B., Hashimoto, J., Kozone, I., Kawahara, T., Okada, M., Awakawa, T., Ito, T., Asakawa, Y., Ueki, M., Takahashi, S., Osada, H., Wakimoto, T., Ikeda, H., Shin-ya, K., Abe, I.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 56 Pages: 1740-1745
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rational control of polyketide extender units by structure-based engineering of a crotonyl-CoA carboxylase/ reductase in antimycin biosynthesis (2015)
  • Author(s): Zhang, L., Mori, T., Zheng, Q., Awakawa, T., Yan, Y., Liu, W., Abe, I.,
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 54 Issue: 45 Pages: 13462-13465
  • DOI: 10.1002/anie.201506899
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Decoding the Genetics of Modular Polyketide Synthases (2017)
  • Author(s): Lihan Zhang
  • Organizer: 2nd US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Scientists
  • Place of Presentation: 東京工業大学ディジタル多目的ホール (東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アンチマイシン生合成マシナリーの解明と多様性指向型合成生物学 (2016)
  • Author(s): 張 驪駻、閻 岩、森 貴裕、淡川 孝義、劉 文、阿部 郁朗
  • Organizer: 第58回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 東北大学百周年記念会館（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] モジュール型ポリケタイド合成酵素の遺伝子分析 (2016)
  • Author(s): 張 驪駻, 秦 斌, 淡川 孝義, 岡田 正弘, 脇本 敏幸, 阿部 郁朗
  • Organizer: 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2016-09-08
• [Presentation] Deciphering and Manipulating the Modular Polyketide Synthases (2016)
  • Author(s): Lihan Zhang, Wen Liu, Ikuro Abe
  • Organizer: Gordon Research Conference 2016 Natural Products & Bioactive Compounds
  • Place of Presentation: Andover, NH (U.S.A.)
  • Year and Date: 2016-07-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝子解析に基づくポリエン系化合物の立体配置決定法の確立 (2016)
  • Author(s): 張 驪駻、秦 斌、淡川 孝義、岡田 正弘、脇本 敏幸、阿部 郁朗
  • Organizer: 第136回日本薬学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 (神奈川県･横浜市)
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] アンチマイシン生合成のエンジニアリングによる新規骨格類縁体の創出 (2015)
  • Author(s): 張 驪駻、森 貴裕、淡川孝義、Wen Liu、阿部郁朗
  • Organizer: 第6回食品薬学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学 (岡山県･岡山市)
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] クロトニルCoA 炭酸化酵素AntE の構造に基づく合理的機能改変によるポリケタイド 生合成のエンジニアリング (2015)
  • Author(s): 張 驪駻、森 貴裕、淡川孝義、Wen Liu、阿部郁朗
  • Organizer: 第30回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場 (富山県･富山市)
  • Year and Date: 2015-09-07
• [Presentation] メディオマイシン生合成遺伝子の同定 (2014)
  • Author(s): 張 驪駻
  • Organizer: 第20回天然薬物の開発と応用シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-05
• [Presentation] メディオマイシン生合成遺伝子の同定 (2014)
  • Author(s): 張 驪駻
  • Organizer: 2014年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-06-20 – 2014-06-21
• [Remarks] 自然界が多様な化合物を生み出す遺伝子の組み替えメカニズム
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/genetic-mechanism-for-structural-diversification-of-natural-compounds.html