Study for reaction control of multifunctional cytochrome P450 enzyme MycG

• Project/Area Number: 19K05851
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: Anzai Yojiro 東邦大学, 薬学部, 教授 (20318299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福本 敦 東邦大学, 薬学部, 講師 (50516391) ; 飯坂 洋平 東邦大学, 薬学部, 講師 (40770425)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 多機能型酵素 / チトクロームP450酵素 / マクロライド系抗生物質 / 生合成 / 反応制御 / 多機能型P450 / レドックスパートナー / mycinamicin / 融合型酵素 / マクロライド抗生物質

Outline of Research at the Start

チトクロームP450酵素(P450)による酸化反応は抗生物質の構造の多様性を引き出すとともに抗菌活性に大きな影響を与える。マクロライド抗生物質mycinamicinの生合成に関与するMycGは多様な酸化反応を複数回触媒する多機能型P450である。それぞれの酸化反応に関与するアミノ酸残基の同定などの結果から導き出された変異型MycG、P450の反応に必須である電子伝達タンパク質を更に融合した変異型MycGの有用性を検討することで、多機能型P450の産業応用へ繋げるための新たな知見を得る。

Outline of Final Research Achievements

We attempted to regulate the reaction of the multifunctional cytochrome P450 enzyme MycG, which is involved in several kinds of oxidation reactions in the biosynthesis of 16-membered ring macrolide antibiotic mycinamicin produced by Micromonospora griseorubida A11725. Three MycG mutants in which epoxidation of the biosynthetic intermediate M-V is retarded were obtained from the MycG random mutant library. M. griseorubida TPMA0075, in which the gene encoding the mycG mutant V135G/E355K was introduced into the mycG gene disruptant strain M. griseorubida TPMA0025, produced 10 to 40 times more amount of M-V than the wild strain M. griseorubida A11725 or the control strain M. griseorubida TPMA0047 (M. griseorubida TPMA0025 + mycG).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

複数種類の触媒反応を示す多機能型酵素の部分的な触媒反応の制御は、酵素反応や発酵における目的化合物や稀少化合物の効率的な取得や生産に繋がる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)
• [Journal Article] Engineering sequence and selectivity of late-stage C-H oxidation in the MycG iterative cytochrome P450 (2021)
  • Author(s): Iizaka, Y., Arai, R., Takahashi, A., Ito, M., Sakai, M., Fukumoto, A., Sherman, D. H., Anzai, Y.
  • Journal Title: Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology Volume: 49 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/jimb/kuab069
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化酵素の異種発現によるハイブリッド型マクロライド系抗生物質生産系の構築 (2023)
  • Author(s): 飯坂 洋平、山田 茉莉、越野 翠麗、高橋 沙和、福本 敦、安齊 洋次郎
  • Organizer: 日本薬学会 第143年会
• [Presentation] 酸化酵素MycGを応用したハイブリット型マクロライド系抗生物質の生産 (2022)
  • Author(s): 飯坂洋平、山田茉莉、越野翠麗、福本敦、安齊洋次郎
  • Organizer: 第34回微生物シンポジウム
• [Presentation] Functional analysis and application of multifunctional P450 enzyme MycG in biosynthetic pathway of 16-membered macrolide antibiotic mycinamicin. (2022)
  • Author(s): Yojiro Anzai, Yohei Iizaka, Atsushi Fukumoto, Fumio Kato
  • Organizer: The First International Conference of Natural and Biological Resources Technologies. Ulaanbaatar, Mongolia
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子伝達機構を介した多機能型シトクロムP450酵素MycGの反応制御 (2022)
  • Author(s): 飯坂洋平, 萩原瑠花, 重松優香, 福本敦, 安齊洋次郎
  • Organizer: 日本薬学会第142年会
• [Presentation] シトクロムP450酵素MycGの反応制御に基づく希少な生合成中間体の効率的な生産 (2021)
  • Author(s): 飯坂洋平, 伊藤みき乃, 酒井美穂, 澤井香奈子, 山田茉莉, 福本敦, 安齊洋次郎
  • Organizer: 第33回微生物シンポジウム
• [Presentation] 多機能型シトクロムP450酵素MycGの多段階酸化反応に関与するアミノ酸残基の同定 (2021)
  • Author(s): 飯坂洋平、髙橋あかり、伊藤みき乃、酒井美穂、福本敦、安齊洋次郎
  • Organizer: 日本薬学会 第141年会
• [Presentation] 多機能型シトクロムP450酵素MycGの酸化反応制御に関する研究 (2019)
  • Author(s): 飯坂 洋平、荒井 瑠星、髙橋 あかり、福本 敦、安齊 洋次郎
  • Organizer: 日本薬学会第140年会