Synthetic biology for antitumor lignan biosynthesis

• Project/Area Number: 18H02255
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40020:Wood science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Umezawa Toshiaki 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80151926)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飛松 裕基 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221) ; 鈴木 史朗 京都大学, 生存圏研究所, 助教 (70437268)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
• Keywords: リグナン / ポドフィロトキシン / OMT / 2ODD / 抗腫瘍性 / 生合成 / 合成生物学

Outline of Final Research Achievements

Podophyllotoxin is an antitumor lignan, and its biotechnological production has been striven after. In this study, we obtained enzyme genes for independent podophyllotoxin synthesis systems in various plants, and conducted research aimed at establishing a synthetic biological system for podophyllotoxin production. First, we evaluated the diversity of O-methyltransferases (lignan OMTs) that catalyze the O-methylation of lignans in the podophyllotoxin biosynthetic pathway, identified a gene of the furan ring-forming enzyme, and analyzed their functions. We also obtained the candidate genes for enzymes that catalyze hydroxylation. In addition, we introduced these enzyme genes into E. coli and yeast to establish metabolic pathways.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、同じ反応を触媒するにもかかわらず、アミノ酸配列相同性の低いOMTが異なる植物種から見出され、リグナン合成の収斂進化特性の詳細に関する種々の新知見が得られた。この成果は、研究代表者らが独自に見出した知見であり、学術的独自性が高いものである。さらに本研究は、樹木抽出成分合成酵素遺伝子の産業利用と心材形成機構解明への展開性を有する点で、森林科学分野での創造性を有すると考えている。加えて、植物二次代謝の進化機構解明や希少有用植物の絶滅回避と生物多様性保全の一助となる点も森林科学分野のみならず自然科学の学術一般における創造性という観点から重要である。

Research Products

• [Journal Article] Recent Advances in Lignan OMT Studies (2019)
  • Author(s): 梅澤 俊明, 山村 正臣, 小埜 栄一郎, 白石 慧, サフェンドリ ・ コマーラ ・ ラガムスタリ
  • Journal Title: Mokuzai Gakkaishi Volume: 65 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.2488/jwrs.65.1
  • NAID: 130007583761
  • ISSN: 0021-4795, 1880-7577
  • Year and Date: 2019-01-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Yateinの環化を触媒するシャク由来の新規の2-oxoglutarate-dependent dioxygenaseの同定 (2021)
  • Author(s): 小林慶亮, 山村正臣, 熊谷真聡, 小埜栄一郎, 白石慧, 佐竹炎, 梅澤俊明
  • Organizer: 第38回日本植物バイオテクノロジー学会
• [Presentation] シャクにおけるyateinの環化に関与する新規の2-oxoglutarate-dependent dioxygenaseの同定 (2021)
  • Author(s): 小林慶亮、山村正臣、熊谷真聡、 小埜栄一郎、 白石慧、梅澤俊明
  • Organizer: 第71回日本木材学会大会（東京大会）
• [Presentation] アオモリヒバにおける抗腫瘍性リグナン生合成に関わるO-メチル基転移酵素の機能解析 (2020)
  • Author(s): 松浦悠、山村正臣、河合真吾、梅澤俊明
  • Organizer: 第70回日本木材学会大会（鳥取大会）
• [Presentation] Characterization of lignan O-methyltransferases involved in antitumor biosynthesis in Anthriscus sylvestris (2019)
  • Author(s): Keisuke Kobayashi, Masaomi Yamamura, Akira Shiraishi, Eiichiro Ono, Safendrri Komara Ragamustari, Masato Kumatani, Honoo Satake, and Toshiaki Umezawa
  • Organizer: The 4th Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science -Present and Future of Humanosphere Science- (Nanjing, China)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シャクにおける機能性リグナンOMTの機能解析 (2018)
  • Author(s): 小林慶亮、山村正臣、白石慧、小埜栄一郎、Ragamustari S. K.、熊谷真聡、佐竹炎、梅澤俊明
  • Organizer: 第36回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会
• [Presentation] Biosynthesis of heartwood and antitumor lignans (2018)
  • Author(s): Masaomi Yamamura, Masato Kumatani, Keisuke Kobayashi, Toshiaki Umezawa
  • Organizer: The 3rd Asia Research Node Symposium on Humanosphere -Present and Future of Humanosphere Science-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 京都大学生存圏研究所森林代謝機能化学分野業績
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lmsfpm/gyoseki.html