遺伝情報を利用した放線菌二次代謝産物の同定と生合成研究

• Project/Area Number: 21380071
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Bioproduction chemistry/Bioorganic chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 葛山 智久 The University of Tokyo, 准教授 (30280952)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2011: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2010: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2009: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
• Keywords: 生合成 / 放線菌 / テルペン / メバロン酸経路 / チオラーゼ / アセトアセチルコエンザイムA / 環化酵素 / プレニルトランスフェラーゼ

Research Abstract

アセトアセチルコエンザイムAは、メバロン酸を経由するテルペノイド化合物の前駆物質である。これまで、アセトアセチルコエンザイムAは、チオラーゼスーパーファミリーの代表的な酵素である「チオラーゼ」の触媒作用によってのみ、2分子のアセチルコエンザイムAから新規合成されるとされてきた。このような状況下、本研究課題では、土壌放線菌、ストレプトマイセスCL190株が、「チオラーゼ」に加えて、これまでに報告がなった酵素をも利用してアセトアセチルコエンザイムAを合成することを見つけた。この新規酵素の遺伝子をCL190株からクローニングして大腸菌に導入し、大腸菌内で合成した酵素は、試験管内で、アセチルコエンザイムAとマロニルコエンザイムAを利用して、アセトアセチルコエンザイムAを合成することが分かった。また、この新規酵素は、アセトアセチルコエンザイムAの分解活性は示さないことも分かった。次に、「アセトアセチルコエンザイムA合成酵素」と命名したこの新規酵素の遺伝子(nphT7)を、メバロン酸を合成するための遺伝子(nphT5とnphT6)とともに、別の放線菌に導入すると、nphT7を導入しなかったときと比べて、約250%のメバロン酸の増産が観察された。これは、アセトアセチルコエンザイムA合成酵素遺伝子であるnphT7の導入により、菌体内でのアセトアセチルコエンザイムAの合成量が増大して、結果として、メバロン酸の生産量が増大したと考えられる。この実験結果は、アセトアセチルコエンザイムAを共通の前駆物質とする、3-ヒドロキシ酪酸(生分解性プラスチックの原料)や、有用なテルペノイド化合物である、カロテノイド(色素、抗酸化作用)、タキソール(抗癌作用)、アルテミシニン(抗マラリア剤)、コエンザイムQ10(抗酸化作用)の生物機能を利用した生産の増大につながる可能性があると期待される。

Research Products

• [Journal Article] テルペノイドの増産を可能にする新規アセトアセチルCoA合成酵素 (2011)
  • Author(s): 岡村英治、葛山智久
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 69 Pages: 125-126
  • NAID: 10027781267
• [Journal Article] Unprecedented acetoacetyl-coenzyme A synthesizing enzyme of the thiolase superfamily involved in the mevalonate pathway (2010)
  • Author(s): Eiji Okamura, Takeo Tomita, Ryuichi Sawa, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 107 Pages: 11265-11270
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning and heterologous expression of the cyclooctatin biosynthetic gene cluster afford aditerpene cyclase and two P450 hydroxylases (2009)
  • Author(s): Kim S-Y., P.Zhao, M.Igarashi, R.Sawa, M.Nishiyama, T.Kuzuyama
  • Journal Title: Chemistry & Biology 16 Pages: 736-743
  • Peer Reviewed
• [Presentation] メバロン酸経路の新規初発反応と反応機構の解明 (2010)
  • Author(s): 岡村英治、富田武郎、澤竜一、西山真、葛山智久
  • Organizer: 第52回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター(静岡県)
  • Year and Date: 2010-09-30
• [Presentation] 放線菌のメバロン酸経路遺伝子クラスターに見出した新規チオラーゼスーパーファミリー (2010)
  • Author(s): 葛山智久
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-03-30
• [Presentation] 放線菌由来アセトアセチルコエンザイムA合成酵素の基質特異性に関する研究 (2010)
  • Author(s): 岡村英治
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-03-29
• [Presentation] フラキノシン生合成の鍵酵素プレニルトランスフェラーゼFur7の機能解析 (2010)
  • Author(s): 熊野匠人
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-03-29
• [Presentation] 16員環マクロライドbafilomycinの生合成研究 (2010)
  • Author(s): 沼田淳
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-03-29
• [Remarks]
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/