薬用天然物の新奇生合成マシナリーの探索と精密機能解析に関する研究

Research Project

Project/Area Number	22KF0121
Project/Area Number (Other)	22F22405 (2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2022)
Section	外国
Review Section	Basic Section 47050:Environmental and natural pharmaceutical resources-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	阿部郁朗東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (40305496)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	GAO YAOJIE 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000) Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2022: ¥100,000 (Direct Cost: ¥100,000)
Keywords	生合成 / 酵素 / 抗生物質 / 補酵素
Outline of Research at the Start	申請者は、抗がん化合物アルテミシジン生合成において、補酵素NADを基質とする新奇PLP依存性酵素の同定に世界に先駆けて成功した。本研究では、ホモログ遺伝子クラスターの発現による新規生理活性化合物の取得、スルホンアミド転移、アミノアシル結合形成に関わる酵素のX線結晶構造解析に取り組む。本研究により補酵素由来の新規天然物群生合成機構を明らかにし、その利用による新規創薬シード合成基盤を構築する。
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者は、抗がん化合物アルテミシジン生合成経路において、補酵素NADを基質として、骨格形成に関わる新奇PLP依存性酵素(SbzP)の同定に世界に先駆けて成功した(Nature 2021)。この特異な酵素ホモログ遺伝子は、グラム陰性、グラム陽性細菌に広く分布し、それぞれ二次代謝遺伝子とクラスターを形成する。本研究では、SbzPホモログ遺伝子クラスターの発現による新規生理活性化合物の取得、スルホンアミド転移、アミノアシル結合形成に関わるSbzI, SbzAのX線結晶構造解析に取り組む。さらにSbzPホモログ遺伝子クラスターから発掘した修飾酵素群と組み合わせて、SbzPの生成する新規NAD由来酵素反応生成物を修飾し、抗腫瘍活性を持つ新規薬用活性化合物を合成する。本研究により補酵素由来の新規天然物群生合成機構を明らかにし、その利用による新規創薬シード合成基盤を構築することを目的とする。 GAO博士は2022年12月に来日、2022年度は、SbzPホモログを含む道の遺伝子クラスターの異種発現に着手した。研究は順調に進捗している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason GAO博士は2022年12月に来日、本研究に着手した。準備も整っていたため、研究も順調に進捗している。
Strategy for Future Research Activity	2022年度から引き続き、NAD由来天然物について、異種発現と生成物の単離構造決定を行う。コア骨格の合成に関わるSbzP、コア骨格へアシル鎖の転移を担う酵素SbzA, SbzIの基質特異性を、アミノ酸やカルボン酸など様々な種類の小分子を用いたin vitroアッセイで基質特異性を検証する。また、その分子基盤をX線結晶構造解析、ホモロジーモデリング、ドッキングシミュレーション実験により、その分子基盤を明らかにする。また、この構造に基づいて部位特異的な変異誘発を行い、基質特異性を拡大する。SbzPホモログPLP酵素、tRNAよりアシル鎖を転移するSbzAホモログ酵素の構造機能解析についても同様に行い、詳細な機能解析、変換を行う。