セスタテルペン合成酵素の合理的機能改変による新規有用天然物の創出

• Project/Area Number: 17J09712
• 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: 三橋 隆章 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: テルペン合成酵素 / テルペノイド / セスタテルペン合成酵素

Outline of Annual Research Achievements

本年度においては、特に、糸状菌の一種であるEmericella variecolor NBRC 32302に由来する酵素EvQSを対象に、変異体を作成した。EvQSは、quiannulateneと呼ばれる化合物の合成を担う酵素である。Quiannulateneは、非常に複雑な5-5-5-6-5員環構造を持つセスタテルペンとして知られており、EvQSは、環化反応を触媒することで、直鎖状の化合物であるGFPPから、こうした複雑構造を持つ化合物を作り出すことができる。このような高度な反応がどのように制御されているのかを、変異体の解析を通じ、明らかにしたいと考えた。変異体の作成にあたっては、基質を受け入れるポケットを形成しているアミノ酸残基に変異を加えるという方法を取ることとした。すなわち、酵素内において基質と隣接して存在しているアミノ酸残基に変異を加えることで、酵素内における基質のコンフォメーションに変化を与えることができ、酵素が触媒する環化反応のパターンを変化させることができるのではないかと考えた。また、酵素内において基質と隣接しているアミノ酸残基を予測するにあたっては、EvQSおよびその他の既知セスタテルペン合成酵素の３次元構造について、ホモロジーモデリング法によるモデル作成を行い、このモデルに基づき基質を受け入れるポケットを形成しているアミノ酸残基を予測した。更に、それらアミノ酸残基の内、異なる環化パターンを示す酵素間で異なるものについて重点的に変異を導入し、活性の検討に取り組んでいる。また、こうした実験的手法に加え、EvQSが触媒する酵素反応の詳細なメカニズムについて、計算化学の手法を用いた検討もおこなっている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Beijing University of Chinese Medicine(中国)
• [Int'l Joint Research] ボン大学(ドイツ)
• [Journal Article] Structural Elucidation of Tenebrathin: Cytotoxic C-5-Substituted γ-Pyrone with a Nitroaryl Side Chain from Streptoalloteichus tenebrarius (2019)
  • Author(s): Hoshino Shotaro、Mitsuhashi Takaaki、Kikuchi Takashi、Wong Chin Piow、Morita Hiroyuki、Awakawa Takayoshi、Fujita Makoto、Abe Ikuro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 21 Issue: 16 Pages: 6519-6522
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02443
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biomimetic Synthesis of Meroterpenoids by Dearomatization‐Driven Polycyclization (2019)
  • Author(s): Powers Zachary、Scharf Adam、Cheng Andrea、Yang Feng、Himmelbauer Martin、Mitsuhashi Takaaki、Barra Lena、Taniguchi Yoshimasa、Kikuchi Takashi、Fujita Makoto、Abe Ikuro、Porco John A.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 45 Pages: 16141-16146
  • DOI: 10.1002/anie.201910710
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inherent atomic mobility changes in carbocation intermediates during the sesterterpene cyclization cascade (2019)
  • Author(s): Sato Hajime、Mitsuhashi Takaaki、Yamazaki Mami、Abe Ikuro、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 15 Pages: 1890-1897
  • DOI: 10.3762/bjoc.15.184
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural and computational bases for dramatic skeletal rearrangement in anditomin biosynthesis (2018)
  • Author(s): Nakashima, Y., Mitsuhashi, T., Matsuda, Y., Senda, M., Sato, H., Yamazaki, M., Uchiyama, M., Senda, T. & Abe, I.
  • Journal Title: JACS Volume: 140 Issue: 30 Pages: 9743-9750
  • DOI: 10.1021/jacs.8b06084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystalline Sponge Method Enabled the Investigation of a Prenyltransferase-terpene Synthase Chimeric Enzyme, Whose Product Exhibits Broadened NMR Signals (2018)
  • Author(s): Mitsuhashi Takaaki、Kikuchi Takashi、Hoshino Shotaro、Ozeki Masahiro、Awakawa Takayoshi、Shi She-Po、Fujita Makoto、Abe Ikuro
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 20 Issue: 18 Pages: 5606-5609
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02284
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Computational Studies on Biosynthetic Carbocation Rearrangements Leading to Quiannulatene: Initial Conformation Regulates Biosynthetic Route, Stereochemistry, and Skeleton Type (2018)
  • Author(s): Sato Hajime、Mitsuhashi Takaaki、Yamazaki Mami、Abe Ikuro、Uchiyama Masanobu
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 45 Pages: 14752-14757
  • DOI: 10.1002/anie.201807139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chimeric Terpene Synthases Possessing both Terpene Cyclization and Prenyltransfer Activities (2018)
  • Author(s): Mitsuhashi Takaaki、Abe Ikuro
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 19 Issue: 11 Pages: 1106-1114
  • DOI: 10.1002/cbic.201800120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanistic Characterization of Two Chimeric Sesterterpene Synthases from Penicillium (2017)
  • Author(s): Mitsuhashi Takaaki、Rinkel Jan、Okada Masahiro、Abe Ikuro、Dickschat Jeroen S.
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 23 Issue: 42 Pages: 10053-10057
  • DOI: 10.1002/chem.201702766
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of Chimeric αβγ Diterpene Synthases Possessing both Type?II Terpene Cyclase and Prenyltransferase Activities (2017)
  • Author(s): Mitsuhashi Takaaki、Okada Masahiro、Abe Ikuro
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 21 Pages: 2104-2109
  • DOI: 10.1002/cbic.201700445
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 遺伝子情報と結晶スポンジ法が拓く超速物質探索 (2019)
  • Author(s): 三橋 隆章、谷口 慈将、菊池 貴、阿部 郁朗、藤田 誠
  • Organizer: 第61回天然有機化合物討論会
• [Presentation] ゲノムマイニングと結晶スポンジ法を組み合わせた超速天然物探索 (2019)
  • Author(s): 三橋 隆章, 谷口 慈将, 那須 徳廣, 永榮 慧, 菊池 貴, 村井 恵一, 葛山 智久, 阿部 郁朗, 藤田 誠
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 化学－酵素法による非天然型メロテルペノイドの創出 (2019)
  • Author(s): 三橋 隆章, Zack POWERS, 淡川 孝義, John PORCO, 阿部 郁朗
  • Organizer: 日本薬学会 第139年会
• [Presentation] プレニル基転移酵素とII型テルペン環化酵素の活性を併せ持つキメラ型酵素の同定 (2018)
  • Author(s): 三橋隆章、岡田正弘、阿部郁朗
  • Organizer: 日本薬学会第138年会
• [Presentation] 新規炭素骨格を有するセスタテルペノイドの探索 (2017)
  • Author(s): 三橋隆章，岡田正弘，Jeroen S. Dickschat, 阿部郁朗
  • Organizer: 日本生薬学会第64回年会
• [Presentation] Sesterterpene synthases from Emericella variecolor (2017)
  • Author(s): T. Mitsuhashi, M. Okada, Y. Matsuda, T. Mori, I. Abe
  • Organizer: The 13th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of Isoprenoids (TERPNET 2017)
  • Int'l Joint Research