Studies on diterpene cyclases found in eubacteria

• Project/Area Number: 19510220
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Living organism molecular science
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 大利 徹 Toyama Prefectural University, 工学部, 准教授 (70264679)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2008: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2007: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 放線菌 / ジテルペン / サイクラーゼ / イソプレノイド / 環化酵素 / Nocardia brasiliensis / Brasilicardin A / Rice / KS-505a(longestin) / ent-copalyl diphosphate

Research Abstract

ジテルペン化合物は(炭素数20)、香料、医薬・医薬中間体、植物ホルモンなど重要な化合物を含んでいる。これら化合物の生合成の第一段階は、環化酵素が直鎖状の基質であるゲラニルゲラニル2 リン酸の末端オレフィンをプロトン化、または2 リン酸を脱離することによってカルボカチオンを生成することから始まる。最終的にカルボカチオンが捕捉中性化されるまで、各環化酵素特有のカチオン中間体を経る反応が順次進行し、多種多様なイソプレノイド骨格へと導かれる。反応の第一段階が共通であるにもかかわらず、最終的に多様な骨格を持つ化合物が生成する事実は、環化酵素の特定アミノ酸残基のみが反応に関与するのではなく、酵素全体のアミノ酸残基が種々のカルボカチオン中間体の生成に関与することを示唆する。従って、これら環化酵素の構造機能相関解析を行うことにより、任意の段階でカルボカチオンが捕捉中性化された化合物の生成を制御できる可能性がある。しかし環化酵素に関しては、真核生物を材料に用いた場合、酵素調製が難しいことなどから一部の酵素を除いて殆ど解析が行われていない。このような背景下、筆者は原核生物と真核生物起源のイソプレノイド生合成遺伝子を多数取得しており、今回、(1)お米由来の2 つのent-copalyl diphosphate 生合成酵素、(2)原核生物のNocardia 属放線菌が生産するジテルペン化合物、brasilicardin A 生合成遺伝子クラスターの取得、(3)原核生物のStreptomyces 属放線菌により生産されるテトラテルペン化合物(KS-505a)生合成遺伝子クラスターの取得とこれらの機能解析を行った。

Research Products

• [Journal Article] Identification and Functional Analysis of Brassicicene C Biosynthetic Gene Cluster in Alternaria brassicicola. (2009)
  • Author(s): A. Minami, et al
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 19 Pages: 870-874
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning of the Gene ClusterResponsible for the Biosynthesis ofBrasilicardin A (2008)
  • Author(s): Y. Hayashi, N. Matsuura, H. Toshima, N.Itoh, J. Ishikawa, Y. Mikami, and T.Dairi
  • Journal Title: a Unique Diterpenoid.J. Antibiot 61 Pages: 164-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of theEnzymatic Properties of ent-CopalylDiphosphate Synthases in theBiosynthesis of Phytoalexins andGibberellins in Rice (2008)
  • Author(s): Y. Hayashi, T. Toyomasu, Y. Hirose, Y.Onodera, W. Mitsuhashi, H. Yamane, T.Sassa, and T. Dairi
  • Journal Title: Biosci. Biotech.Biochem 72 Pages: 523-530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning of the Gene Cluster Responsible for the Biosynthesis of Brasilicardin A, a Unique Diterpenoid. (2008)
  • Author(s): Y. Hayashi, et. al
  • Journal Title: J. Antibiot. 61 Pages: 164-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of Diterpene Biosynthetic Gene Clusters and Functional Analysis of Labdane-Related Diterpene Cyclases in Phomopsis amygdale. (2008)
  • Author(s): T. Toyomasu, et al
  • Journal Title: Biosci. Biotech. Biochem. 72 Pages: 1038-1047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of the Enzymatic Properties of ent-Copalyl Diphosphate Synthases in the Biosynthesis of Phytoalexins and Gibberellins in Rice (2008)
  • Author(s): Y. Hayashi, et. al.
  • Journal Title: Biosci. Biotech. Biochem. 72 Pages: 523-530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning of the GeneCluster Responsible for Biosynthesisof KS-505a (longestin), a UniqueTetraterpenoid (2007)
  • Author(s): Y. Hayashi, H. Onaka, N. Itoh, H. Seto,and T. Dairi
  • Journal Title: Biosci. Biotech.Biochem 71 Pages: 3072-3081
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Studies on Terpenoids Produced by Actinomycetes: Oxaloterpins A, B, C, D, and E, Diterpenes from Streptomyces sp. KO-3988 (2007)
  • Author(s): K. Motohashi, et. al.
  • Journal Title: J. Nat. Prod. 70 Pages: 1712-1717
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning of the Gene Cluster Responsible for Biosynthesis of KS-505a(longestin), a Unique Tetraterpenoid (2007)
  • Author(s): Y. Hayashi, et. al.
  • Journal Title: Biosci. Biotech. Biochem. 71 Pages: 3072-3081
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多環性テトラテルペン骨格を有するKS-505a生合成遺伝子群のクローニング (2008)
  • Author(s): 林 豊等
  • Organizer: 2007年度 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 名城大学
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 多環性テトラテルペン骨格を有するKS-505a 生合成遺伝子群のクローニング (2008)
  • Author(s): 林 豊、尾仲宏康、伊藤伸哉、瀬戸治男、大利 徹
  • Organizer: 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 名城大学
• [Presentation] イネにおける2 種のent-コパリル2 リン酸合成酵素 (2008)
  • Author(s): 豊増知伸、廣瀬祐子、黒田昌治、林 豊、大利 徹、三橋 渉、松岡 信、山根久和、佐々武史
  • Organizer: 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 名城大学
• [Presentation] Brasilicardin A 生合成遺伝子群の取得 (2008)
  • Author(s): 林 豊、松浦信康、戸嶋浩明、伊藤伸哉、石川 淳、三上 襄、大利 徹
  • Organizer: 平成20 年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 山梨
• [Presentation] Brasilicardin A生合成遺伝子群の取得 (2008)
  • Author(s): 林 豊, 松浦信康, 戸嶋浩明, 伊藤伸哉, 石川 淳, 三上 襄, 大利 徹
  • Organizer: 平成20年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 山梨県
• [Presentation] イネのフィトアレキシンとジベレリン生合成に関与するent-コパリル2リン酸合成酵素の酵素的性質の比較 (2007)
  • Author(s): 廣瀬祐子、林 豊、小野寺悠、三橋 渉、佐々武史、大利 徹、豊増知伸
  • Organizer: 、第42 回植物化学調節学会
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2007-10-29
• [Presentation] ユニークな多環性テトラテルペン骨格を有するKS-505a(longestin)生合成遺伝子のクローニング (2007)
  • Author(s): 林 豊、尾仲宏康、伊藤伸哉、瀬戸治夫、大利 徹
  • Organizer: 第17 回ドリコールおよびイソプレノイド研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] Functional Analysisof Eubacterial ent-CopalylDiphosphate Synthase andPimara-9(11) (2007)
  • Author(s): T. Dairi, C. Ikeda, Y. Hayashi, N.Itoh, and H. Seto
  • Organizer: 15-diene Synthase withUnique Primary Sequences. 14thInternational Symposium on the Biologyof Actinomycetes
  • Place of Presentation: Newcastle, UK
  • Year and Date: 2007-08-27
• [Presentation] 放線菌に見出された2 つのジテルペン環化酵素、ent-copalyl diphosphatesynthase とpimara-9(11) (2007)
  • Author(s): 池田千穂、林 豊、伊藤伸哉、大利 徹
  • Organizer: 15-dienesynthase の酵素学的諸性質、日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 尾道
  • Year and Date: 2007-05-31
• [Presentation] 放線菌に見出された2つのジテルペン環化酵素、ent-copalyl diphosphate synthase(CDPS)とpimara-9(11),15-diene synthase(PDS)の酵素学的諸性質 (2007)
  • Author(s): 大利 徹等
  • Organizer: 2007年度 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 尾道市
  • Year and Date: 2007-05-31
• [Presentation] 放線菌に見出されたユニークな一次構造を持つジテルペン環化酵素群の解析 (2007)
  • Author(s): 池田千穂、林 豊、伊藤伸哉、瀬戸治男、大利 徹
  • Organizer: 第49 回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 札幌
• [Remarks]
  • URL: http://www.pu-toyama.ac.jp/BR/itoh/