Synthetic Study of Acyclic Terpene Probes to Elucidate the Reaction Mechanism of Terpenoid Biosynthesis

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 17H05448
• 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: Osaka City University
• Principal Investigator: 品田 哲郎 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (30271513)
• 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: テルペン合成酵素 / 鎖状テルペン / 結晶構造解析 / 基質合成 / テルペノイド / 生合成 / 分子プローブ / 重水素化 / テルペン生合成 / 酵素 / プローブ / 反応機構 / 構造解析 / 立体制御

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、C35の鎖状テルペンを基質とするテルペン合成酵素の構造解析を中心に、研究を行った。構造解析のための基質合成として、酵素に結合するが、その後の炭素カチオンの生成が起こりにくいと予想される、2位にフッ素を導入したゲラニルゲラニルジリン酸エステルと2，3位の二重結合を飽和させたジヒドロゲラニルゲラニルジリン酸エステルを設計し、それらの合成を行った。フッ素化ジリン酸エステルは次のように合成した。まず、ファルネシルアセトンを原料として、フッ素化されたホスホノ酢酸エステルを用いたオレフィン化反応を行った後、生じたオレフィンの幾何異性体をそれぞれ分離した。不飽和エステルをジイソブチルアルミニウムヒドリドを用いて還元後、生じたアリルアルコールをジリン酸化した。生成物をイオン交換樹脂と逆相HPLCカラムを用いて精製することで目的物を得た。ジヒドロ体の合成は次のように行った。まず、ゲラニルゲラニルアルコールを二酸化マンガンでアリルアルコールを不飽和アルデヒドに酸化したのち、2級アミン存在下、ハンチュエステルを還元剤に用いて還元した。その後、アルデヒドを水素化ホウ素ナトリウムで還元し、アルコールへと導いた後ジリン酸化後、精製した。あわせて、酵素が基質とするC35のアルコール体から硫黄を有するジリン酸の合成を進めており、そのためのチオリン酸化試薬を調製した。ジヒドロ体と酵素との複合体については共結晶が得られ、酵素中の基質の配置に関する情報が得られている。

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 Aromatic Farnesyltransferase Functions in Biosynthesis of the Anti-HIV Meroterpenoid Daurichromenic Acid (2018)
  • Author(s): Saeki Haruna、Hara Ryota、Takahashi Hironobu、Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Kenmoku Hiromichi、Fuku Kazuma、Sekihara Ai、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Ueda Daijiro、Nishi Tomoyuki、Sato Tsutomu、Asakawa Yoshinori、Kurosaki Fumiya、Yazaki Kazufumi、Taura Futoshi
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 178 Issue: 2 Pages: 535-551
  • DOI: 10.1104/pp.18.00655
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structure and functional analysis of large-terpene synthase belonging to a newly found subclass (2018)
  • Author(s): Masahiro Fujihashi, Tsutomu Sato, Yuma Tanaka, Daisuke Yamamoto, Tomoyuki Nishi, Daijiro Ueda, Mizuki Murakami, Yoko Yasuno, Ai Sekihara, Kazuma Fuku, Tetsuro Shinada and Kunio Miki,
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 9 Issue: 15 Pages: 3754-3758
  • DOI: 10.1039/c8sc00289d
  • NAID: 120006466632
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and Mechanism of the Monoterpene Cyclolavandulyl Diphosphate Synthase that Catalyzes Consecutive Condensation and Cyclization (2017)
  • Author(s): Takeo Tomita, Masaya Kobayashi, Yuma Karita, Yoko Yasuno, Tetsuro Shinada, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama
  • Journal Title: Angew. Chem. Int Ed. Volume: 56 Issue: 47 Pages: 14913-14917
  • DOI: 10.1002/anie.201708474
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シクロファン構造を有する天然有機化合物の合成と生物有機化学的展開 (2018)
  • Author(s): 品田哲郎
  • Organizer: 岡山大学理学部化学科セミナー
  • Invited
• [Presentation] Unusal Biosynthetic Reaction Mechanism of Terpenoids (2018)
  • Author(s): Tetsuro Shinada
  • Organizer: Sanyo Chemical Laboratory at Johor Bahru, Invited Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanistic Study of Terpene Synthase Using Deuterium Labelled Ligands (2018)
  • Author(s): Tetsuro Shinada
  • Organizer: INTERNATIONAL CONGRESS ON PURE & APPLIED CHEMISTRY (ICPAC) 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] テルペン生合成酵素反応機構の解明に資する鎖状テルペン基質およびプローブ合成法の開発 (2018)
  • Author(s): 品田哲郎
  • Organizer: 新学術領域生合成リデザイン 第四回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Large-terpene合成酵素の酵素的諸性質の解析と部位特異的変異 (2017)
  • Author(s): 菅原啓、西智之、小川佳央、高橋宏忠、上田大次郎、藤橋雅宏、三木邦夫、保野陽子、品田哲郎、佐藤努
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] Large-terpene合成酵素の結晶構造解析 (2017)
  • Author(s): 藤橋雅宏、佐藤 努、田中 勇真、山本 大輔、西智之、上田大次郎、村上瑞気、保野陽子、関原あい、福和真、品田哲郎、三木 邦夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] 微生物が生産する天然有機化合物の合成と機能解析 (2017)
  • Author(s): 品田哲郎
  • Organizer: 新潟大学コア・ステーション自然科学系附置植物・微生物科学研究センター共催公開セミナー
  • Invited
• [Remarks] 大阪市立大学大学院理学研究科物質分子系専攻分子変換学研究室
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/henkan/index.html
• [Remarks] 大阪市立大学大学院理学研究科物質分子系専攻分子変換学研究室
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/henkan/