Identification of Novel Polyketide synthase by genome mining approach and its application for polyketide production

• Project/Area Number: 19780084
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Bioproduction chemistry/Bioorganic chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: FUNA Nobutaka The University of Tokyo, 大学院農学生命科学研究科, 助教 (70361574)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,790,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2008: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2007: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: ポリケタイド / III型ポリケタイド合成酵素 / クルクミン / ウコン / ポリケタイド合成酵素 / Oryz sativa / phenolic lipid / Azotobacter vinelandii / Oryza sativa / 脂肪酸

Research Abstract

ポリケタイドは天然で最も構造多様性に富む化合物群である。本研究課題の目的は、微生物及び植物のゲノム解析により見出された機能未同定のIII型ポリケタイド合成酵素(III型PKS)の網羅的機能解析である。我々は、枯草菌Bacillus subtilisと粘液細菌Myxococcus xanthusのIII型PKS(それぞれBcsAとFTP)の機能解析を行った。その結果、BcsAはアルキルパイロンの合成を触媒し、FTPはアルキルレゾシノールの合成を触媒することが明らかになった。また、イネOryza sativaのARAS1およびARAS2が新規なアルキルレゾシノール合成酵素であることを明らかにした。また、ウコンCurcuma longa L.からferuloyl-CoAにmalonyl-CoAを縮合しdiketide-CoAの合成を触媒するdiketide-CoA synthase (DCS)、feruloyl-CoAとDCSの産物であるdiketide-CoAからクルクミンの合成を触媒するcurcumin synthase(CURS)を見出した。以上よりウコンにおいてクルクミはDCS及びCURSの二つの鍵酵素により炭素骨格が生合成されていることが明らかとなった。この発見により植物はもとよりそれ以外の生物種におけるウコンの生産が可能になる。

Research Products

• [Journal Article] Biosynthesis of aliphatic polyketides by type III polyketide synthase and methyltransferase in Bacillus subtilis (2009)
  • Author(s): Nakano, C., Ozawa, H., Akanuma, G., Funa, N., and Horinouchi, S
  • Journal Title: J. Bacteriol PMID 19465653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Curcuminoid biosynthesis by two type III polyketide synthases in the herb Curcuma longa (2009)
  • Author(s): Katsuyama, Y., Kita, T., Funa, N., and Horinouchi, S
  • Journal Title: J. Biol. Chem 284 Pages: 11160-11170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phenolic Lipids Synthesized by Type III Polyketide Synthase Confer Penicillin Resistance on Streptomyces griseus (2008)
  • Author(s): Funabashi, M., Funa, N., and Horinouchi, S
  • Journal Title: . Biol. Chem 283 Pages: 13983-13991
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct transfer of starter substrates from type I fatty acid synthase to type III polyketide synthases in phenolic lipid synthesis (2008)
  • Author(s): Miyanaga, A., Funa, N., Awakawa, T., and Horinouchi, S
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 Pages: 871-876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of curcuminoids by Escherichia coli carrying an artificial biosynthesis pathway (2008)
  • Author(s): Youhei Katsuyama
  • Journal Title: Microbiology 154 Pages: 2620-2628
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro synthesis of curcuminoids by type III polyketide synthase from Oryza sativa (2007)
  • Author(s): Katsuyama, Y., Matsuzawa, M., Funa, N., and Horinouchi, S
  • Journal Title: J. Biol. Chem 282 Pages: 37702-37709
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pentaketide resorcylic acid synthesis by type III polyketide synthase from Neurospora crassa (2007)
  • Author(s): Funa, N., Awakawa, T., and Horinouchi, S
  • Journal Title: J. Biol. Chem 282 Pages: 14476-14481
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ウコン由来のIII型ポリケタイド合成酵素によるクルクミンの生合成 (2009)
  • Author(s): 勝山陽平
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] Alkylresorcylicacidを合成するイネ由来III型ポリケタイド合成酵素の機能解析 (2009)
  • Author(s): 松沢未来
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] III型ポリケタイド合成酵素によるbis-5-alkylresorcinolの合成 (2009)
  • Author(s): 宮永顕正
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] Myxococcus xanthus由来のIII型ポリケタイド合成酵素のfatty acyl AMP ligase依存的priming機構 (2009)
  • Author(s): 林貴之
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] 枯草菌Bacillus subtilis由来III型ポリケタイド合成酵素BcsAの過剰発現株により生産される脂溶性ポリケタイドの構造解析 (2009)
  • Author(s): 仲野千秋
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] β-ラクタマーゼ型チオエステラーゼによるI型ポリケタイド合成酵素からの生成物の解離 (2009)
  • Author(s): 淡川孝義
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] イネOryza sarivaのIII型ポリケタイド合成酵素の網羅的機能解析 (2009)
  • Author(s): 鮒信学
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] イネOryza sativa のIII 型ポリケタイド合成酵素の網羅的解析 (2009)
  • Author(s): 鮒 信学、松沢 未来、勝山 陽平、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 枯草菌Bacillus subtilis 由来III型ポリケタイド合成酵素BcsAの過剰発現株により生産される脂溶性ポリケタイドの構造解析 (2009)
  • Author(s): 仲野 千秋、赤沼 元気、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] ウコン由来のIII 型ポリケタイド合成酵素によるクルクミンの生合成 (2009)
  • Author(s): 勝山陽平、喜多 智子、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Alkylresorcylic acid を合成するイネ由来III 型ポリケタイド合成酵素の機能解析 (2009)
  • Author(s): 松沢 未来、勝山 陽平、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Myxococcus xanthus 由来のIII 型ポリケタイド合成酵素のfatty acyl AMPligase 依存的priming 機構 (2009)
  • Author(s): 林 貴之、北村 裕太、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Aspergillus terreus 由来I 型ポリケタイド合成酵素によるemodin合成 (2008)
  • Author(s): 淡川 孝義、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] クルクミノイド合成を司るイネ由来III型ポリケタイド合成酵素の発見 (2008)
  • Author(s): 松沢 未来、勝山 陽平、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] イネ由来のクルクミノイド合成酵素(CUS)の機能解析 (2008)
  • Author(s): 勝山 陽平、松沢 未来、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] 脂溶性ポリケタイド生合成におけるI型脂肪酸合成酵素からIII型ポリケタイド合成酵素への基質の受け渡し (2008)
  • Author(s): 宮永顕正、鮒 信学、堀之内 末治
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Patent(Industrial Property Rights)] クルクミノイド合成酵素およびクルクミン製造方法 (2009)
  • Inventor(s): 堀之内 末治、鮒 信学
  • Industrial Property Rights Holder: ハウス食品株式会社、堀之内 末治、鮒 信学
  • Industrial Property Number: 2009-047032
  • Filing Date: 2009-02-27
• [Patent(Industrial Property Rights)] クルクミノイド合成酵素およびクルクミノイド製造方法 (2009)
  • Inventor(s): 堀之内末治、鮒信学、喜多智子
  • Industrial Property Rights Holder: ハウス食品株式会社、堀之内末治、鮒信学
  • Industrial Property Number: 2009-047032
  • Filing Date: 2009-02-27
• [Patent(Industrial Property Rights)] イネOryza sativa 由来のタイプIIIポリケタイド合成酵素によるクルクミノイドの生産 (2007)
  • Inventor(s): 堀之内 末治、鮒 信学
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人、東京大学
  • Patent Publication Number: 2008-228686
  • Filing Date: 2007-03-22
• [Patent(Industrial Property Rights)] イネOryza sativa由来のタイプIIIポリケタイド合成酵素によるクルクミノイドの生産 (2007)
  • Inventor(s): 堀之内末治、鮒信学
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2007-075441
  • Filing Date: 2007-03-22