Peptide synthesis cooperatively achieved by peptide ligase and ribosomes

• Project/Area Number: 25560397
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Biomolecular chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: DAIRI Tohru 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70264679)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: フェガノマイシン / ペプチド抗生物質 / 放線菌 / ペプチドライゲース / ぺプチド抗生物質 / リボソーマルペプチド

Outline of Final Research Achievements

Pheganomycin (PGM) (1) consists of a nonproteinogenic amino acid, (S)-2-(3,5-dihydroxy-4-methoxyphenyl)-2-guanidinoacetic acid (2) at the N-terminus and a proteinogenic core peptide derived from NVKDGPT or NVKDR. The biosynthetic gene cluster was identified in Streptomyces cirratus to contain a gene encoding a precursor peptide, which included both the core peptides, and several genes plausibly encoding enzymes for 2 biosynthesis. We identified a gene (pgm1) responsible for the peptide bond formation between 2 and the peptides in the cluster. A pgm1-disruptant lost 1 productivity and recombinant PGM1 catalyzed the ATP-dependent peptide bond formation. This is the first example of cooperative peptide synthesis achieved by ribosome and peptide ligase using a peptide as a nucleophile. PGM1 accepted a variety of peptides as the nucleophile and the flexibility was comprehended by the crystal structure of PGM1 and the mutagenesis analyses.

Research Products

• [Journal Article] A peptide ligase and the ribosome cooperate to synthesize the peptide pheganomycin. (2015)
  • Author(s): Noike, M., Matsui, T., Ooya, K., Sasaki, I., Ohtaki, S., Hamano, Y., Maruyama, C., Ishikawa, J., Satoh, Y., Ito, H., Morita, H. and Dairi T.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 11 Issue: 1 Pages: 71-76
  • DOI: 10.1038/nchembio.1697
  • NAID: 120005619608
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ペプチド末端を保護する新たな酵素 (2015)
  • Author(s): 大利 徹
  • Journal Title: 化学 Volume: 70 Pages: 40-44
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] New gene responsible for para-aminobenzoate biosynthesis (2014)
  • Author(s): Satoh, Y., Kuratsu, M., Kobayashi, D., Dairi, T.
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng Volume: 117(2) Issue: 2 Pages: 178-183
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.07.013
  • NAID: 110010039563
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CcpAx is a new member of the cellulose synthase complex (terminal complex) in Acetobacter xylinum (2013)
  • Author(s): N. Sunagawa, T. Fujiwara, T. Yoda, D. Shimura, M. Sakai, S. Kawano, Y. Satoh, M. Yao, K. Tajima, and T. Dairi
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng Volume: in press Issue: 6 Pages: 607-612
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.12.021
  • Peer Reviewed
• [Presentation] リボソームと新規ペプチドリガーゼによる協調的ペプチド生成機構 (2015)
  • Author(s): 大利 徹
  • Organizer: 2014年度 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-29
  • Invited
• [Presentation] 放線菌が持つペプチドリガーゼオーソログの機能解析-1- (2015)
  • Author(s): 川田純平、小笠原泰志、野池基義、大利 徹
  • Organizer: 2014年度 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [Presentation] 放線菌が持つペプチドリガーゼオーソログの機能解析-2- (2015)
  • Author(s): 小笠原泰志、川田純平、野池基義、降旗一夫、大利 徹
  • Organizer: 2014年度 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [Presentation] 緩い基質特異性を示すペプチドリガーゼの結晶構造からの考察と応用 (2015)
  • Author(s): 野池基義、松井 崇、小笠原泰志、森田洋行、大利 徹
  • Organizer: 2014年度 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [Presentation] ペプチド系抗生物質フェガノマイシンの生合成に見いだされた新規ペプチドライゲースPGM1の結晶構造解析 (2014)
  • Author(s): 松井崇、大瀧翔太、野池基義、大利 徹、森田洋行
  • Organizer: 平成26年度日本結晶学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [Presentation] リボソームと新規ペプチドライゲースによる協同的ペプチド生成機構 (2014)
  • Author(s): 野池基義, 松井 崇, 雄谷洸一, 佐々木郁雄, 丸山千登勢, 濱野吉十, 石川 淳, 佐藤康治, 伊藤 肇, 森田洋行, 大利 徹
  • Organizer: 第56回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 高知県立県民文化ホール（高知県高知市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-27
• [Presentation] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースオーソログの機能解析 (2014)
  • Author(s): 川田純平, 小笠原泰志, 野池基義, 大利 徹
  • Organizer: 2014年度（第29回）日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくばカピオ（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースは幅広い基質特異性を持つ (2014)
  • Author(s): 野池基義, 松井 崇, 佐藤康治, 森田洋行, 大利 徹
  • Organizer: 2014年度（第29回）日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくばカピオ（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] ペプチドライゲースとリボソームとの協同によるペプチド新奇生合成機構の解明 (2014)
  • Author(s): 野池 基義、雄谷 洸一、佐々木 郁雄、丸山 千登勢、石川 淳、佐藤 康治、濱野 吉十、伊藤 肇、大利 徹
  • Organizer: 日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県川崎市）
• [Presentation] 放線菌に見出した新規ペプチドライゲース (2013)
  • Author(s): 野池基義、雄谷洸一、佐々木郁雄、丸山千登勢、石川 淳、佐藤康治、濱野吉十、伊藤 肇、大利 徹
  • Organizer: 2013年度（第28回）日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: メルパルク広島（広島市）
• [Presentation] ペプチドライゲースとリボソームによる協同的なペプチド新奇生合成機構の解明
  • Author(s): 大利 徹
  • Organizer: 公益社団法人 日本農芸化学会 中部支部第168回 例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学シンポジオン（名古屋市）
  • Invited
• [Presentation] ペプチドライゲースとリボソームによる協同的なペプチド新奇生合成機構の解明
  • Author(s): 大利 徹
  • Organizer: 第34回 富山大学和漢医薬学総合研究所特別セミナー
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山市）
  • Invited
• [Presentation] ペプチドライゲースとリボソームによる協同的なペプチド新奇生合成機構の解明
  • Author(s): 大利 徹
  • Organizer: 生合成マシナリー：第６回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉大学、薬学部120周年記念講堂（千葉市）
• [Remarks] 多様なペプチドのアミノ末端をキャッピングする酵素を発見
  • URL: http://www.hokudai.ac.jp/news/141125_pr_eng.pdf