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Building a biosynthesis pathway of non-natural adrenergic drug

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
Project/Area Number 17H05424
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

姚 閔  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (40311518)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywordsフェニレフリン生合成 / タンパク質工学 / 結晶構造解析 / 酵素反応 / 非天然型機能分子 / 生物学 / 生物科学 / 構造生物化学 / 分子生物学
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,天然生合成経路を模倣し,既存の酵素を改変することによって脱炭酸反応,β位水酸化反応,メチル化反応の3段階の反応を経てm-Tyrから非天然型機能性分子フェニレフリンを創製することを目的とする.そのため,平成29年度に得られた結果に基づいて,研究を進めた.
第1段階の反応を触媒する脱炭酸酵素について得られた三つのTDC構造(TDC-PLP, TDC-PLP-CarbiDOPA(阻害剤),TDC(H203F)-PLP-mTyr)とDDC-PLP- CarbiDOPA構造の比較を行った.TDCとDDCでは,基質のp とm位のOHに直接結合する残基の違いだけではなく,異なったPLPとの結合残基も基質との結合に影響があることが分かった.その結果に基づいて,TDCとDDCの両酵素とも変異体を作成した.
第2段階反応を触媒する酵素についてラット由来RbDβHの大腸菌と酵母を用いて発現を試みたが,不溶化でした.さらに,RbDβHのDNA全合成を利用して,大腸菌での僅かの可溶化発現ができたが,活性測定できるレベルのサンプル調製に辿り着けることができなかった.今後,β位水酸化反応反を触媒する酵素をもっと広い範囲探索する必要がある
選択した第3段階反応におけるメチル化酵素HuPNMTについて,酵素の変異によってノルフェニレフリンに対する活性がより高いメチル化酵素の創製を試みた.基質p-位の水酸基に近い残基V53,V53,M258,V272に注目して,幾つかの変異体を作成した結果,特異性が変化する傾向が見られたが,予想している効果が得られなかった.そこで,構造レベルでの変異体シニュレーションを行ったところで,基質と直接コンタクトする残基だけでは無く,さらにもう一層の周辺残基を考慮する必要があることが分かった.in silico計算を用いて,基質と直接コンタクトする残基の動きを抑制できる周辺残基を合わせて変異を行う必要がある.
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Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] The C-terminal helix of ribosomal P stalk recognizes a hydrophobic groove of elongation factor 2 in a novel fashion2018

    • Author(s)
      Tanzawa Takehito、Kato Koji、Girodat Dylan、Ose Toyoyuki、Kumakura Yuki、Wieden Hans-Joachim、Uchiumi Toshio、Tanaka Isao、Yao Min
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: 46 Issue: 6 Pages: 3232-3244

    • DOI

      10.1093/nar/gky115

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structure-inspired design of a sphingolipid mimic sphingosine-1-phosphate receptor agonist from a naturally occurring sphingomyelin synthase inhibitor2018

    • Author(s)
      M.M.M. Swamy, Y Murai, Y Ohno, K Jojima, A Kihara, S Mitsutake, Y Igarashi, J Yu, M Yao, Y Suga, M Anetai and K Monde
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 54 Issue: 90 Pages: 12758-12761

    • DOI

      10.1039/c8cc05595e

    • NAID

      120006767539

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非天然型アドレナリン作動薬の選択的生合成経路の構築2018

    • Author(s)
      姚閔、王航、中川雄介
    • Organizer
      新学術領域「生合成リデザイン」 第4回公開シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Rational redesign of adrenaline biosynthetic enzymes to produce non-natural compound: Phenylephrine2018

    • Author(s)
      hang Wang, Yusuke Nakagawa, Yasuharu Satoh, Jian Yu, Toyoyuki Ose and Min Yao
    • Organizer
      新学術領域「生合成リデザイン」 第2回若手シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Elucidation of the tRNA thiolation mechanism of TtuA involved in Fe-S cluster2018

    • Author(s)
      MasatoIshizaka, MinghaoChen, SyunNarai, Masaki Horitani, Seiko Oka, Yoshikazu Tanaka, and Min Yao
    • Organizer
      新学術領域「生合成リデザイン」第2回若手シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アンモニア輸送機構を理解するためのGatCAB中性子構造解析の現状2018

    • Author(s)
      姚閔
    • Organizer
      第1回水和ナノ構造研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Title of Research: A new biosynthesis way to produce non-natural compound: Phenylephrine2018

    • Author(s)
      Hang Wang, Yusuke Nakagawa, Yasuharu Satoh, Jian Yu, Toyoyuki Ose and Min Yao
    • Organizer
      6th International Life-Science Symposium(ILSS)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 芳香族アミノ酸脱炭酸酵素の基質認識機構の解明2017

    • Author(s)
      田中隆介、○中川雄介、加藤公児、佐藤康治、姚閔
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第12回年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Building a biosynthesis pathway of non-natural adrenergic drug2017

    • Author(s)
      Min Yao
    • Organizer
      第15回中国河南省薬理学学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 芳香族アミノ酸脱炭酸酵素の基質認識機構の解明2017

    • Author(s)
      田中隆介、○中川雄介、加藤公児、佐藤康治、姚閔
    • Organizer
      新学術領域研究「生合成リデザイン」若手シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Rational redesign of epinephrine biosynthetic enzymes to produce non-natural compound: Phenylephrine2017

    • Author(s)
      Hang Wang, Yusuke Nakagawa, Yasuharu Satoh, Koji Kato, Toyoyuki Ose and Min Yao
    • Organizer
      The 5th International Life-Science Symposium for young scientists(ILSS)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g6/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室のホームページ

    • URL

      http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g6/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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