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Development of chemoenzymatic synthesis of amino acids and derivatives based on enzyme engineering

Research Project

Project/Area Number 19K05775
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research InstitutionRitsumeikan University (2020-2021)
Toyama Prefectural University (2019)

Principal Investigator

Matsui Daisuke  立命館大学, 生命科学部, 助教 (40748513)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平田 佳之  大阪医科薬科大学, 薬学部, 助教 (00745854)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsアミノ酸酸化酵素 / ケト酸 / アミド化合物 / アミド結合 / ペプチド合成 / ケモエンザイマティック反応 / アミノ酸合成 / 酵素
Outline of Research at the Start

本研究では、ペタシスやボーディが開発したアミノ酸やペプチド合成の中間体であるケト酸を、有機合成ではなくアミノ酸酸化酵素及び脱水素酵素を用いた酵素反応で、迅速(一段階反応)・簡便(保護や脱保護が不必要)・有毒な試薬を使用せず合成する。様々な関連酵素に関する研究を実施しており、これまでに見出した酵素を使用してケト酸を合成することが可能である。その酵素反応で生成したケト酸を連続的に有機合成でアミノ酸やペプチドに変換する技術を確立する。新技術を確立した後に、その技術の“これまでに見出した酵素”の他に“自然界から得た酵素や変異導入酵素”をあてはめ、ケモエンザイマティック反応で新しい酵素反応を探索する。

Outline of Final Research Achievements

Synthesis of unnatural amino acids and peptides is an important technology in the field of drug discovery, especially for multi-product synthesis and mass production. In this study, keto acids, which are difficult to synthesize organically, were synthesized from amino acids using enzymes, followed by the condensation of keto acids with hydroxylamine derivatives in the absence of chemical reactants to produce amino acids and peptides. This technology incorporates elements of parallel synthesis for synthesizing multiple products and flow synthesis that can be used for mass production using immobilized enzymes, and could be a useful synthetic technology for mass production of various amino acid and peptide syntheses.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

1. ケモエンザイマティック反応による非天然アミノ酸や特殊ペプチド合成:有機合成ではなくアミノ酸酸化酵素を用いた酵素反応で、迅速(一段階反応)・簡便(保護や脱保護が不必要)・有毒な試薬を使用せず合成するケモエンザイマティック反応自体に新規性があり、今後のペプチド医薬品開発に貢献できた。
2. 酵素学の観点からのケモエンザイマティック反応の改良:本研究では新技術を確立した後に、自然界から得た酵素や変異導入酵素をあてはめ、ケモエンザイマティック反応で新しい酵素反応を探索した。これにより従来の酵素探索から応用までの間に起こりうる問題を回避することができ、産業用酵素の開発の時間短縮につながった。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 6 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Combination of Enzymatic Oxidation of Amino Acid and Native Chemical Ligation with Hydroxylamine for Amide Formation toward a One-pot Process2021

    • Author(s)
      Matsui Daisuke、Hirata Yoshiyuki、Iwakawa Akihisa、Toyotake Yosuke、Wakayama Mamoru、Asano Yasuhisa
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Issue: 9 Pages: 1632-1634

    • DOI

      10.1246/cl.210286

    • NAID

      130008088183

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Protein engineering of the aldoxime dehydratase from Bacillus sp. OxB-1 based on a rational sequence alignment approach2021

    • Author(s)
      Oike Keiko、Spro? Jens、Matsui Daisuke、Asano Yasuhisa、Gr?ger Harald
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 14316-14316

    • DOI

      10.1038/s41598-021-92749-0

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Catalytic mechanism of ancestral L-lysine oxidase assigned by sequence data mining2021

    • Author(s)
      Sugiura Sayaka、Nakano Shogo、Niwa Masazumi、Hasebe Fumihito、Matsui Daisuke、Ito Sohei
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 297 Issue: 3 Pages: 101043-101043

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.101043

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of l-histidine oxidase activity in Achromobacter sp. TPU 5009 for l-histidine determination2021

    • Author(s)
      Matsui Daisuke、Okayama Yusuke、Yamamoto Yoshiki、Miyauchi Yuna、Zhai Zhenyu、Asano Yasuhisa
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: - Issue: 5 Pages: 469-474

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.12.006

    • NAID

      40022568945

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  • [Journal Article] Mechanistic insights into the dual activities of the single active site of l-lysine oxidase/monooxygenase from Pseudomonas sp. AIU 8132020

    • Author(s)
      Trisrivirat Duangthip、Lawan Narin、Chenprakhon Pirom、Matsui Daisuke、Asano Yasuhisa、Chaiyen Pimchai
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 295 Issue: 32 Pages: 11246-11261

    • DOI

      10.1074/jbc.ra120.014055

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  • [Journal Article] Crystal structure of the catalytic unit of thermostable GH87 α-1,3-glucanase from Streptomyces thermodiastaticus strain HF3-32020

    • Author(s)
      Itoh Takafumi、Panti Niphawan、Hayashi Junji、Toyotake Yosuke、Matsui Daisuke、Yano Shigekazu、Wakayama Mamoru、Hibi Takao
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 533 Issue: 4 Pages: 1170-1176

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.09.133

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhanced solubility and permeability of quercetin by composite formation between α-glucosyl stevia and hydrophilic polymer2019

    • Author(s)
      H. Uchiyama, Y. Wada, Y. Hatanaka, Y. Hirata, M. Taniguchi, A. Nakanishi, M. Tandia, K. Kadota, Y. Tozuka
    • Journal Title

      J. Pharm. Sci.

      Volume: 108 Issue: 6 Pages: 2033-2040

    • DOI

      10.1016/j.xphs.2019.01.007

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  • [Journal Article] Creation of thermostable l-tryptophan dehydrogenase by protein engineering and its application for l-tryptophan quantification2019

    • Author(s)
      Matsui Daisuke、Asano Yasuhisa
    • Journal Title

      Analytical Biochemistry

      Volume: 579 Pages: 57-63

    • DOI

      10.1016/j.ab.2019.05.010

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  • [Journal Article] Comparative review of the recent enzymatic methods used for selective assay of l-lysine2019

    • Author(s)
      Isobe Kimiyasu、Matsui Daisuke、Asano Yasuhisa
    • Journal Title

      Analytical Biochemistry

      Volume: 584 Pages: 113335-113335

    • DOI

      10.1016/j.ab.2019.06.006

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  • [Presentation] 機械学習による高度好熱菌由来タンパク質遺伝子の大腸菌発現情報から得た可溶性発現予測法の開発2022

    • Author(s)
      松井大亮, 山村義弥, 鈴木皓大, 北條佑斗, 篠田優, 中村正樹, 榊原一紀, 浅野泰久
    • Organizer
      日本農芸化学会 2022年度大会
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  • [Presentation] L-アミノ酸代謝関連酵素の産業利用技術に関する研究2022

    • Author(s)
      松井大亮
    • Organizer
      日本農芸化学会 2022年度大会
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    • Invited
  • [Presentation] 機械学習を用いたアミノ酸構造情報に基づくタンパク質の可溶性予測2021

    • Author(s)
      鈴木皓大, 榊原一紀, 中村正樹, 篠田優, 松井大亮, 浅野泰久
    • Organizer
      2021年度電気・情報関係学会北陸支部連合大会
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  • [Presentation] D-アミノ酸酸化酵素により調製したケト酸とヒドロキシルアミンとの 縮合によるアミド化合物の合成2021

    • Author(s)
      岩川晃久, 平田佳之, 豊竹洋佑, 若山守, 松井大亮
    • Organizer
      日本農芸化学会 2021年度 西日本・中四国・関西支部 合同大会
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  • [Presentation] Pseudomonas nitroreducens 由来γ-グルタミルトランスペプチダーゼの活性部位を構成する芳香族アミノ酸残基の役割解明2021

    • Author(s)
      小笹彰宏, 池添浩輝, 松井大亮, 豊竹洋佑, 日ビ隆雄, 伊藤貴文, 若山守
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  • [Presentation] 芳香族アミド化合物のOne-pot chemoenzymatic 合成法を利用した簡便ヒストン脱アセチル化酵素1阻害剤スクリーニング法の開発2021

    • Author(s)
      平田佳之, 上里新一, 松井大亮
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] 新規L-リジン-α-オキシダーゼの同定と反応機構の解明2021

    • Author(s)
      杉浦紗也加, 中野祥吾, 丹羽正純, 長谷部文人, 松井大亮, 伊藤創平
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] Bacillus sp. OxdB-1 由来アルドキシム脱水酵素の結晶構造解析:結晶化に適した表面に位置するアミノ酸残基の重要性2021

    • Author(s)
      松井大亮, 村木則文, Ke Chen, 森智也, Aaron Ingram, 大池敬子, Harald Groeger, 青野重利, 浅野泰久
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] Bacillus sp. OxB-1由来アルドキシム脱水酵素の結晶構造解析2021

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      村木則文, 松井大亮, 浅野泰久, 青野重利
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  • [Presentation] Prediction of Solubility Mechanism of Proteins by Machine Learning Techniques2021

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      Sakakibara K, Nakamura M, Matsui D, Shinoda S, Asano Y
    • Organizer
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ケト酸を介したアミド化合物のケモエンザイマティック合成2021

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      松井大亮、平田佳之、岩川晃久、若林香菜子、久保梓、豊竹洋佑、若山守、浅野泰久
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      松井大亮、村木則文、Chen Ke、森智也、青野重利、浅野泰久
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      日本農芸化学会2020年度大会
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  • [Presentation] ビンロウジ (Areca catechu)アルカロイドのSIRT1阻害活性2019

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      平田 佳之、上山 浩世、平櫛 実穂、根上 朋子、礒野 悠也、佐々木 勉、上里 新一、芝野 真喜雄、谷口 雅彦
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      日本薬学会第139年会
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  • [Presentation] ニガキ由来アルカロイドpicrasidine L のヒト神経芽腫細胞株 SHSY5Y に対するオートファジー誘導効果2019

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      木村 耕介、平田 佳之、光高 蓉平、佐々木 勉、長岡 康夫、上里 新一、芝野 真喜雄、谷口 雅彦
    • Organizer
      日本生薬学会第66回年会
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  • [Presentation] ケミカルプルダウン法を用いたビンロウジアルカロイドの神経突起成長関連タンパク質の探索2019

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      平田 佳之、佐々木 勉、長岡 康夫、上里 新一、芝野 真喜雄、谷口 雅彦
    • Organizer
      第69回 日本薬学会関西支部総会・大会
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  • [Presentation] ヒドロキシニトリルリアーゼによる立体選択的なアミノニトリル合成2019

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      松井 大亮、板倉 葵、浅野 泰久
    • Organizer
      酵素・補酵素研究会2019
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Crystal screening of aldoxime dehydratase from Bacillus sp. OxdB-1 for structural analysis2019

    • Author(s)
      Daisuke Matsui, Norifumi Muraki, Chen Ke, Tomoya Mori, Shigetoshi Aono, and Yasuhisa Asano
    • Organizer
      1st JGS workshop
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    • Int'l Joint Research

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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