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Development of new synthetic methods for bioactive compounds based on chirality control in living organisms

Research Project

Project/Area Number 21H01734
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

KINO Kuniki  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60318764)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywordsジペプチド / ジケトピペラジン / 環状ジペプチド / 非リボソーム型ペプチド合成酵素 / アデニル化ドメイン / キラリティ / ジケトモルホリン / アミド化合物 / 環状ペプチド / ジケトモルフォリン / ヒドロキシアミド / 生物活性 / 有機分子触媒
Outline of Research at the Start

本研究の概要は、生命が有する緻密なキラリティ制御や多様な生物機能を巧みに利用して、食品、医薬品、化成品など生活を豊かにする機能性化合物の効率的な合成法の開発を目指すことにある。具体的には多様な機能を有するタンパク質と同じようにアミノ酸が連結したペプチドとその結合様式に着目し、それを巧みに利用したキラリティ制御も可能な革新的な機能性アミド化合物の効率的合成法を開発する。生理活性や物理化学的特性の面で多様な機能性を発現する新規アミド化合物の創製とその拡張が期待されるため、医薬品原料や機能性化成品などの開発を行う研究である。

Outline of Final Research Achievements

Peptides, which are linked amino acids, are obtained by protein hydrolysis or organic synthesis. Many peptides with physiological functions such as blood pressure reduction, anti-fatigue, and brain function improvement are commercially available. They are also attracting attention as new middle-molecular drugs that can replace antibodies. However, efficient synthetic methods for these peptides have not been established.
In this study, we learned from the mechanism of peptide-based antibiotic synthesis in microorganisms and developed innovative synthetic methods for chirality-controlled arbitrary peptides, including nonnatural amino acids, and amide compounds with diverse structures such as cyclic dipeptides.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多様な機能を有するペプチドは産業上も有用であり、機能性食品や創薬原料などとして天然タンパク質の加水分解や有機合成によって生産されている。しかし、製法は煩雑で非効率的なため供給に課題があり、ペプチドの可能性が十分に発揮されていない。
本研究成果は、微生物が産生するペプチド性抗生物質の生合成機構を学ぶことで、酵素の新たな潜在的機能や代謝制御系の曖昧さなどを顕在化し、タンパク質の進化や生命システムにおける新たな知見を見出すなど学術的意義を示した。また、それら知見を活用して革新的な合成法を開発し、関連分野への波及効果などその可能性をさらに拡張できることを示すなど社会的意義も大きい。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Electrostatic Ratchet for Successive Peptide Synthesis in Nonribosomal Molecular Machine RimK2023

    • Author(s)
      Ohnuki Jun、Arimura Yasuhiro、Kono Tomonori、Kino Kuniki、Kurumizaka Hitoshi、Takano Mitsunori
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 29 Pages: 15963-15970

    • DOI

      10.1021/jacs.3c03926

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improving the enzymatic activity of<scp>l</scp>-amino acid α-ligase for imidazole dipeptide production by site-directed mutagenesis2023

    • Author(s)
      Kino Kuniki、Komabayashi Takuma、Hashida Ayaka、Kuramoto Ayumu
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 87 Issue: 4 Pages: 389-394

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac213

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  • [Journal Article] One-pot synthesis of 2,5-diketopiperazine with high titer and versatility using adenylation enzyme2022

    • Author(s)
      Karakama Shota、Suzuki Shin、Kino Kuniki
    • Journal Title

      Applied Microbiology and Biotechnology

      Volume: 106 Issue: 12 Pages: 4469-4479

    • DOI

      10.1007/s00253-022-12004-y

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  • [Journal Article] 地球存続の鍵を握るバイオテクノロジー:生き物たちの生存戦略に学ぶこれからの科学技術2022

    • Author(s)
      木野 邦器
    • Journal Title

      HASEGAWA LETTER online

      Volume: 40 Pages: 1-16

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  • [Journal Article] Synthesis of various dipeptides using amino acid ligases and adenylate-forming enzymes2021

    • Author(s)
      木野 邦器、鈴木 伸、原 良太郎
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 93 Issue: 3 Pages: 338-348

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2021.930338

    • ISSN
      0037-1017
    • Year and Date
      2021-06-25
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    • Author(s)
      神谷愛香, 鈴木伸, 木野邦器
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      永田理彩子, 鈴木伸, 木野邦器
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      第75回日本生物工学会大会
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      倉本歩, 木野邦器, 佐藤謙一, 岡田行夫
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      第75回日本生物工学会大会
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      矢野敏史, 内田頌太郎, 唐鎌翔大, 鈴木伸, 木野邦器, 原太一
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      木野邦器
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      木野邦器
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      永瀬あゆみ,鈴木伸,木野邦器
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      本元敦也,佐怒賀悠,木野邦器
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      日本農芸化学会関東支部大会
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      鈴木達也,唐鎌翔太,鈴木伸,木野邦器
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      第74回日本生物工学会大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脳機能改善に資する生体内安定ジペプチドの創製と効率的生産法の開発2022

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      本元敦也,佐怒賀悠,木野邦器
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アデニル化酵素を利用した環状ジペプチドの化学酵素的合成と機能性評価2022

    • Author(s)
      内田頌太郎,唐鎌翔太,鈴木伸,木野邦器
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 化学酵素的アミド結合形成反応によって合成可能なジペプチド類似体を拡張するアデニル化ドメインの効率的探索法の開発2022

    • Author(s)
      永瀬あゆみ,鈴木伸,木野邦器
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
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  • [Presentation] コラーゲン由来ジペプチドであるヒドロキシプロリルグリシンの菌体反応系による生産2021

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      古渡 翔、木野 邦器
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      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] 化学酵素的アミド結合形成反応と分子内環化反応の連携による環状ジペプチド化合物のワンポット合成法の開発:ジケトピペラジンの合成2021

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      唐鎌 翔太、鈴木 伸、木野 邦器
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      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] 化学酵素的アミド結合形成反応と分子内環化反応の連携による環状ジペプチド化合物のワンポット合成法の開発:ジケトモルフォリンの合成2021

    • Author(s)
      唐鎌 翔太、鈴木 伸、木野 邦器
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] バイオプロセスによるイミダゾールジペプチドの工業的生産技術2021

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      倉本 歩、木野 邦器、佐藤 謙一郎、岡田 行夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
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  • [Presentation] 化学酵素的アミド結合形成反応と分子内環化反応の連携によるジケトピペラジン合成におけるpHの影響と制御系導入による生産性向上2021

    • Author(s)
      唐鎌 翔太、鈴木 伸、木野 邦器
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      日本農芸化学会2022年度大会
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  • [Presentation] 非リボソーム型ペプチド合成酵素のモジュール構成に着目したアデニル化ドメインの探索とジペプチド類似体合成への展開2021

    • Author(s)
      永瀬 あゆみ、鈴木 伸、木野 邦器
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
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  • [Presentation] 脳機能改善に資するチロシンあるいはDopaを含むジペプチドの効率的生産2021

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      本元 敦也、佐怒賀 悠、古渡 翔、中森 俊宏
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Book] 日本生物工学会100年史:第3章 生物工学の研究100年 3-6 酵素探索・改良技術2022

    • Author(s)
      木野邦器,古屋俊樹
    • Total Pages
      200
    • Publisher
      公益社団法人 日本生物工学会
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  • [Remarks] 2023年度日本農芸化学会英文誌BBB論文賞

    • URL

      https://www.jsbba.or.jp/about/awards/about_awards_bbb_journal.html

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  • [Remarks] 第75回日本生物工学会大会トピックス選定講演

    • URL

      https://www.sbj.or.jp/2023/wp-content/uploads/2023/08/Topics-of-2023_hp.pdf

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  • [Remarks]

    • URL

      https://hasegawa-letter.com/

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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