A proteomics approach to generate nonnative products

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 17H05438
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 石川 文洋 近畿大学, 薬学部, 講師 (50631553)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥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: 非リボソームペプチド合成酵素 / アデニル化酵素 / 化学プローブ / 内在性タンパク質 / ラベル化 / 生合成 / 非天然型ペプチド化合物 / 環状ペプチド / 非リボソーム性ペプチド合成酵素 / アデニレーションドメイン / 生合成系プロテオミクス / 活性を指標にしたプロテオミクス研究法 / 物質生産 / 非天然型ペプチド系化合物

Outline of Annual Research Achievements

1) 生合成系プロテオミクス機能解析技術の確立、2) adenylation (A) domain の迅速、網羅的、体系的機能解析、3) 非天然型ペプチド化合物の設計および生物合成を目的に、研究を実施した。
以下に、各項目に関して記載する。
1) 生合成系プロテオミクス網羅的機能解析技術の確立: 生合成系プロテオミクス機能解析技術の基盤となるA-domain 選択的ラベル化剤 (> 20) の機能解析を実施した。具体的には、大腸菌組換えNRPSおよび内在性NRPSを利用したラベル化実験を行った。その結果、ほぼすべてのA-domain 選択的ラベル化剤はNRPS A-domainをラベル化できた。また、アルキン、アジド、アルケンなどの機能性官能基を有する20種類の非天然アミノ酸を担持したaminoacyl-AMS化合物の合成を行った。20種類の天然アミノ酸を担持したaminoacyl-AMS化合物を加え、40種類のaminoacyl-AMS化合物群を得た。
2) A-domainの迅速、網羅的、体系的機能解析: A-domain選択的ラベル化剤と40種類のaminoacyl-AMS化合物を活用したNRPS A-domainの機能解析を行った。これまでに、大腸菌組換えタンパク質および内在性NRPS A-domain 28種類の解析を実施した。
3) 非天然型ペプチド化合物の設計·生物合成: 生合成系プロテオミクス解析結果に基づき、アミノ酸を培地へ添加し、precursor-directed biosynthesisを行った。具体的には、グラミシジンSおよびサーファクチン生産菌を利用し、非天然型ペプチド化合物の創製を検討した。その結果、部位特異的に非天然アミノ酸をグラミシジンSおよびサーファクチンへ導入できることがわかった。

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。

Research Products

• [Journal Article] An Engineered Aryl Acid Adenylation Domain with an Enlarged Substrate Binding Pocket (2019)
  • Author(s): Ishikawa, F., Miyanaga, A., Kitayama, H., Nakamura, S., Nakanishi, I., Kudo, F., Eguchi, T., Tanabe, G.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 58 Issue: 21 Pages: 6906-6910
  • DOI: 10.1002/anie.201900318
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activity-Based Protein Profiling of Non-ribosomal Peptide Synthetases (2018)
  • Author(s): Ishikawa Fumihiro、Tanabe Genzoh、Kakeya Hideaki
  • Journal Title: Curr. Top. Microbiol. Immunol. Volume: 420 Pages: 321-349
  • DOI: 10.1007/82_2018_133
  • ISBN: 9783030111427, 9783030111434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of salacinol-d4 as an internal standard for mass-spectrometric quantitaatiion of salacinol, a potent alpha-glucosidase inhibitor found in a traditiional ayurvedic medicine "Salacia" (2018)
  • Author(s): G. Tanabe, S. Teramae, Y. Kunikata, S. Marumoto, S. Okugawa, F. Ishikawa, W. Xie, T. Morikawa, and Osamu Muraoka
  • Journal Title: Heterocycles Volume: 97 Issue: 1 Pages: 314-332
  • DOI: 10.3987/com-18-s(t)21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Total Synthesis of γ-Alkylidenebutenolides, Potent Melanogenesis Inhibitors from Thai Medicinal Plant Melodorum fruticosum (2018)
  • Author(s): Tanabe Genzoh、Manse Yoshiaki、Ogawa Teppei、Sonoda Naoki、Marumoto Shinsuke、Ishikawa Fumihiro、Ninomiya Kiyofumi、Chaipech Saowanee、Pongpiriyadacha Yutana、Muraoka Osamu、Morikawa Toshio
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 83 Issue: 15 Pages: 8250-8264
  • DOI: 10.1021/acs.joc.8b00986
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural Basis of Protein-Protein Interactions between a trans-Acting Acyltransferase and Acyl Carrier Protein in Polyketide Disorazole Biosynthesis (2018)
  • Author(s): Miyanaga Akimasa、Ouchi Risako、Ishikawa Fumihiro、Goto Ena、Tanabe Genzoh、Kudo Fumitaka、Eguchi Tadashi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 140 Issue: 25 Pages: 7970-7978
  • DOI: 10.1021/jacs.8b04162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expanding the Scope of Functionalized Small Nonprotein Components for Holoabzyme 27C1 (2018)
  • Author(s): Ishikawa Fumihiro、Shirahashi Masato、Hayakawa Hiroshi、Tanabe Genzoh、Tsumuraya Takeshi、Fujii Ikuo
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 3 Issue: 32 Pages: 9313-9317
  • DOI: 10.1002/slct.201802474
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diastereoselective Synthesis of Salacinol-Type α-Glucosidase Inhibitors (2017)
  • Author(s): Ishikawa Fumihiro、Jinno Kazumi、Kinouchi Eri、Ninomiya Kiyofumi、Marumoto Shinsuke、Xie Weijia、Muraoka Osamu、Morikawa Toshio、Tanabe Genzoh
  • Journal Title: Journal of Organic Chemistry Volume: 83 Issue: 1 Pages: 185-193
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b02566
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Total syntheses of the aromatase inhibitors, mammeasins C and D, from Thai medicinal plant Mammea siamensis (2017)
  • Author(s): Tanabe G., Tsutsui N., Shibatani K., Marumoto S., Ishikawa F., Ninomiya K., Muraoka O., Morikawa T.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 73 Issue: 30 Pages: 4481-4486
  • DOI: 10.1016/j.tet.2017.06.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualizing the adenylation activities and protein-protein interactions of aryl acid adenylating enzymes (2017)
  • Author(s): Ishikawa, F., Kasai, S., Kakeya, H., Tanabe, G.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 22 Pages: 2199-2204
  • DOI: 10.1002/cbic.201700361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A chemoproteomics platform to investigate phosphopantetheine transferase activity at the cellular level (2017)
  • Author(s): Konno, S., Ishikawa, F., Suzuki, T., Dohmae, N., Kakeya, H., Tanabe, G.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 18 Pages: 1855-1862
  • DOI: 10.1002/cbic.201700301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The chemical biology of natural product biosynthesis: chemical tools for the proteomic analysis of nonribosomal peptide synthetases (2017)
  • Author(s): Ishikawa, F., Kakeya, H.
  • Journal Title: Frontiers Nat. Prod. Chem. Volume: 3 Pages: 65-90
  • DOI: 10.2174/9781681085340117030004
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チオ糖とエポキシドとのS-アルキル化を鍵反応に用いる"サラシア"由来α-グルコシダーゼ阻害剤、ネオコタラノールの高ジアステレオ選択的合成 (2019)
  • Author(s): 上田哲志、小林祐喜、石川文洋、村岡修、田邉元三
  • Organizer: 日本薬学会第139年会
• [Presentation] 生合成系プロテオミクス機能解析技術を活用した非天然型機能性分子の合理的設計 (2018)
  • Author(s): 石川文洋
  • Organizer: 新学術領域研究 (研究領域提案型) 生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学, 第5回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 非リボソームペプチド生合成系を理解, 制御, 活用する基盤技術 (2018)
  • Author(s): 石川文洋
  • Organizer: 第21回スクリプスバイオメディカルフォーラム
  • Invited
• [Presentation] Reprogramming aryl acid adenylating enzymes for non-native building blocks (2018)
  • Author(s): Fumihiro Ishikawa, Hinano Kitayama, Genzoh Tanabe
  • Organizer: 10th International Peptide Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] タイ天然薬物 Mammea siamensis 花部クマリン成分の CYP19 阻害活性 (2018)
  • Author(s): 二宮 清文, 羅 鳳琳, 柴谷 華苗, Chaipech Sawanee, pongpiriyadacha Yutana, 村岡 修, 石川 文洋, 田邉 元三, 森川 敏生
  • Organizer: 第22回天然薬物の開発と応用シンポジウム
• [Presentation] 5.ERK 依存的細胞死誘導剤 ACA-28 のトリプルネガティブ乳癌に対する効果 (2018)
  • Author(s): 濵田 直弥, 川崎 有記, 佐藤 亮介, 高崎 輝恒, 田邉 元三, 石川 文洋, 杉浦 麗子
  • Organizer: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [Presentation] 6.ジケトピペラジン生成反応を利用した NRPS プロテオミクス機能解析法の妥当性評価 (2018)
  • Author(s): 九十九 菜摘, 石川 文洋, 田邉 元三
  • Organizer: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [Presentation] 7.アデニル化酵素 EntE 変異体の精密機能解析を指向した特異的リガンドの設計, 合成および機能評価 (2018)
  • Author(s): 北山 陽菜乃, 石川 文洋, 田邉 元三,
  • Organizer: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [Presentation] ERK依存的細胞死誘導剤 ACA-28 の高活性アナログによるがん細胞増殖抑制 (2018)
  • Author(s): 濵田 直弥, 川崎 有記, 佐藤 亮介, 高崎 輝恒, 田邉 元三, 石川 文洋, 杉浦 麗子
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
• [Presentation] Melodorum fruticosum から単離した Butenolide 類の全合成とメラニン産生抑制活性 (2018)
  • Author(s): 田邉 元三, 萬瀬 貴昭, 福田 友紀, 福田 梨沙, 丸本 真輔, 石川 文洋, 二宮 清文, チャイペック・サワニ, ポンピリヤダチャ・ユタナ, 村岡 修 森川 敏生
  • Organizer: 第60回天然有機化合物討論会
• [Presentation] 非リボソームペプチド生合成におけるプロテオミクス機能解析法の妥当性評価 (2018)
  • Author(s): 九十九 菜摘, 石川 文洋, 田邉 元三,
  • Organizer: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] アデニル化酵素 EntE 変異体の精密機能解析を指向した分子リガンドの合成および機能解析 (2018)
  • Author(s): 北山 陽菜乃, 石川 文洋, 田邉 元三
  • Organizer: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] Highly Diastereoselective Synthesis of Salacinol-type α-Glucosidase Inhibitors and Evaluation of Their in vivo α-Glucosidase Inhibitory Activity (2018)
  • Author(s): Fumihiro Ishikawa, Kazumi Jinno, Naoki Sonoda, Eri Kinouchi, Junji Akaki, Kiyofumi Ninomiya, Shinsuke Marumoto, Osamu Muraoka, Toshio Morikawa, Genzoh Tanabe
  • Organizer: 28th International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 4,5-ジデヒドロアポルフィン型アルカロイドの合成およびメラニン形成抑制活性評価 (2018)
  • Author(s): 白戸 美希, 萬瀬 貴昭, 二宮 清文, 丸本 真輔, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生, 田邉 元三
  • Organizer: 日本薬学会第 138 年会
• [Presentation] ポリケチド生合成におけるアシル基転移酵素とアシルキャリアタンパク質のクロスリンク反応の検討 (2018)
  • Author(s): 大内 理紗子, 石川 文洋, 後藤 絵菜, 木村 真希, 宮永 顕正, 田邉 元三, 工藤 史貴, 江口 正
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 4,5-ジデヒドロアポルフィン型アルカロイドの合成およびメラニン形成抑制活性評価 (2018)
  • Author(s): 白戸 美希, 萬瀬 貴昭, 二宮 清文, 丸本 真輔, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生, 田邉 元三
  • Organizer: 日本薬学会第138年会
• [Presentation] チオ糖とエポキシドとのS-アルキル化を鍵反応に用いる“サラシア”由来，サラシノール型α-グルコシダーゼ阻害剤の高ジアステレオ選択的合成 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 村岡 修, 田邉 元三
  • Organizer: 第43回 反応と合成の進歩シンポジウム
• [Presentation] 天然薬物"サラシア"由来サラシノール類縁体のジアステレオ選択的合成 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 木内 恵里, 赤木 淳二, 二宮 清文, 村岡 修, 吉川 雅之, 森川 敏生, 田邉 元三
  • Organizer: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] "キャビコール誘導体ACA-28"は、がん細胞特異的にERK依存的細胞死を誘導する革新的抗がん剤シーズである (2017)
  • Author(s): 杉浦麗子, 佐藤亮介, 松浦一貴, 萩原加奈子, 神田勇輝, 石川文洋, 田邉元三, 村岡修, 高崎輝恒
  • Organizer: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] タイ天然薬物 Melodorum fruticosum 含有 butenolide類のメラニン産生抑制活性 (2017)
  • Author(s): 萬瀬 貴昭, 田邉 元三, 二宮 清文 , 今川 貴仁, 安藤 恵理, 福田 梨沙, 福田 友紀, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生
  • Organizer: 日本生薬学会第64回年会
• [Presentation] アーユルベーダ天然薬物 ”サラシア” 由来スルホニウム塩類のジアステレオ選択的合成及びin vivo α-グルコシダーゼ阻害活性評価 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 木内 恵里, 赤木 淳二, 二宮 清文, 村岡 修, 吉川 雅之, 森川 敏生, 田邉 元三
  • Organizer: 第59回天然有機化合物討論会
• [Presentation] アデニレーションドメインの活性部位制御と機能開拓 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋, 田邉 元三
  • Organizer: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] アデニレーションドメインの活性部位制御と機能開拓 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋
  • Organizer: 新学術領域「生合成リデザイン」第1回若手シンポジウム
• [Presentation] 生合成系プロテオミクス網羅的機能解析技術を活用した非天然型機能性分子の合理的設計 (2017)
  • Author(s): 石川 文洋
  • Organizer: 新学術領域「生合成リデザイン」第2回公開シンポジウム
• [Presentation] ケミカルスペース拡充を指向した生合成工学的研究 (2017)
  • Author(s): 金子賢介、竹中 慧、長尾野映花、石川文洋、波多野和樹、五十嵐雅之、掛谷秀昭
  • Organizer: 京都大学大学院薬学研究科 医薬創成情報科学専攻 10周年記念シンポジウム
• [Book] 非リボソーム性ペプチド合成酵素の理解, 制御, 活用を目指して (2017)
  • Author(s): 石川 文洋
  • Publisher: PEPTIDE NEWSLETTER JAPAN
• [Remarks] 近畿大学薬学部有機薬化学研究室
  • URL: https://www.phar.kindai.ac.jp/orgchem/
• [Remarks] 近畿大学 薬学部 医療薬学科 有機薬化学研究室
  • URL: http://www.phar.kindai.ac.jp/orgchem/