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Study on biosynthesis of thiotemplate enzymes

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
Project/Area Number 19H04645
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 InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

勝山 陽平  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (50646437)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2019: ¥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 / ポリケタイド合成酵素 / X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / 生合成 / 放線菌 / 二次代謝産物 / biosynthesis / polyketide / nonribosomal peptide
Outline of Research at the Start

ポリエンを生合成するII型PKSであるIga11-Iga12 (KS-CLF)とIga10 (CP) を題材としてCPに導入する変異がKS-CLFとCP間の相互作用に与える評価する。この実験を他のCPでも行い、その情報をもとに、CPと酵素間の相互作用をデザインする手法を確立する。NRPSであるFmoA2とFmoA3の構造解析を行い、これらの触媒機構の理解を目指す。また、hydroxymethylserineというalpha,alpha-二置換アミノ酸を持つcirratiomycinの生合成機構を調べ、hydroxymethylserine合成機構やNPRSによるhydroxymethylserineの認識機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

JBIR-34, -35の生合成を担い、ヘテロ環化 (Cy) ドメイン、アデニル化 (A) ドメイン、キャリアータンパク質 (CP)ドメインから構成される単モジュール非リボソームペプチド合成酵素 (NRPS) であるFmoA3の構造をクライオ電子顕微鏡単粒子解析を用いて明らかにした。さらに、部位特異的変異導入を用いた解析により、通常のCyドメインがペプチド結合とヘテロ環化2種の反応を触媒するが、FmoA3のCyドメインがヘテロ環化活性のみを持つことを示した。また、このCyドメインがペプチド結合を失ったのは上流のCPドメインとの総合作用する能力が低下していることによると明らかにした。また、ポリケタイド合成酵素 (PKS) と脂肪酸合成酵素 (FAS) のケト合成酵素 (KS) のCP特異性に関して知見を得るために、ishigamide生産放線菌のFabFとAcpPの複合体の構造を2種類の反応機構利用型架橋剤 (アシル基転移反応模倣型と縮合反応模倣型) を利用し、明らかにすることに成功した。また、この構造で得られた情報をもとに部位特異的変異導入を行うことで、CPのヘリックスIIIが特にKSを見分けるために重要な役割を担っていることが示唆された。
また、cirratiomycinの生合成経路を調べることで、非タンパク質性アミノ酸である、ヒドロキシメチルセリンが、CirHと名付けた酵素がD-serineのヒドロキシメチル化を触媒することで起こることを示した。また、ジアゾ基を持つアミノ酸 (6-diazo-5-oxonorleucine) 2分子とアラニンから構成されるトリペプチド、アラゾペプチンの全生合成経路を明らかにすることに成功した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Structural and functional analyses of the tridomain‐nonribosomal peptide synthetase FmoA3 for 4‐methyloxazoline ring formation2021

    • Author(s)
      Katsuyama Yohei、Sone Kaoru、Harada Ayaka、Kawai Seiji、Urano Naoki、Adachi Naruhiko、Moriya Toshio、Kawasaki Masato、Shin-ya Kazuo、Senda Toshiya、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 未定 Issue: 26 Pages: 14554-14562

    • DOI

      10.1002/anie.202102760

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complete Biosynthetic Pathway of Alazopeptin, a Tripeptide Consisting of Two Molecules of 6‐Diazo‐5‐oxo‐ l ‐norleucine and One Molecule of Alanine2021

    • Author(s)
      Kawai Seiji、Sugaya Yuko、Hagihara Ryota、Tomita Hiroya、Katsuyama Yohei、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Issue: 18 Pages: 10319-10325

    • DOI

      10.1002/anie.202100462

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent Advance in the Biosynthesis of Nitrogen-Nitrogen Bond-Containing Natural Products2020

    • Author(s)
      Yohei Katsuyama, Kenichi Matsuda
    • Journal Title

      Current opinion in Chemical Biology

      Volume: 59 Pages: 62-68

    • DOI

      10.1016/j.cbpa.2020.05.002

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] In vitro解析とX線結晶構造解析による2種のII型PKSとFASにおけるACP-KS間特異性制御機構の解明2021

    • Author(s)
      堀内 真展, 杜 丹ヤオ, DAVIS Tony D., BURKART Michael D., 勝山 陽平, 大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度 仙台大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 放線菌が生産するジアゾ基含有トリペプチドalazopeptinの全生合成経路の解明2020

    • Author(s)
      川合 誠司、勝山 陽平、 菅谷 優子、 冨田 宏矢、 大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会関東支部2020年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural and biochemical analyses of methyloxazoline-forming tridomain-nonribosomal peptide synthetase2020

    • Author(s)
      Yohei Katsuyama
    • Organizer
      The 5th A3 foresight symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 非リボソームペプチドcirratiomycinの生合成研究2020

    • Author(s)
      ○李 佳鳳、曽根 薫、新家 一男、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度 福岡大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] JBIR-34,35の生合成に関わるNRPSのクライオ電子顕微鏡による解析2020

    • Author(s)
      浦野 直樹、勝山 陽平、安達 成彦、川崎 政人、千田 俊哉、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度 福岡大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ベンザスタチン生合成においてニトレン中間体を介した環化反応を触媒するP450のX線結晶構造解析2020

    • Author(s)
      堤 隼馬、浦野 直樹、勝山 陽平、大西 康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度 福岡大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] アラゾペプチンの全生合成経路を解明~微生物がジアゾ基をもつアミノ酸を作る方法が明らかに~

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20210305-1.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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