多様な植物トリテルペノイド生合成マシナリーの再構築

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 23108513
• 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 University
• Principal Investigator: 関 光 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30392004)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2011: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 植物トリテルペノイド / 生合成 / P450 / 組換え酵母 / トリテルペノイド / シトクロムP450 / 植物

Outline of Annual Research Achievements

植物が生産する多様なトリテルペノイドは、潜在的医薬品資源として重要な化合物群として知られている。本研究では、植物トリテルペノイドの生合成において、トリテルペノイドの共通前駆物質であるオキシドスクアレンから種々のトリテルペン骨格を生成するオキシドスクアレン環化酵素、並びに、トリテルペン骨格の酸化修飾を触媒し構造多様化に寄与するシトクロムP450酸化酵素遺伝子を様々な植物種から単離し、酵母細胞に導入することにより、多様な植物トリテルペノイドを効率良く生産する技術の確立を目指した。平成24年度は、単子葉植物に特異的なCYP51HサブファミリーP450がトリテルペン酸化活性を有することを始めて生化学的に証明した。
また、β-アミリン合成酵素等、各種トリテルペン合成酵素遺伝子と、これまでに得られたトリテルペン酸化活性を有する各種P450（CYP51H, 72A, 88D, 93E および716Aサブファミリー）を様々な組み合せ（2～3分子種）で酵母において同時発現させることにより、酵母内在のオキシドスクアレン（トリテルペノイドの共通前駆物質）から、これまでに植物体からの単離報告のないものも含めて多数の酸化トリテルペノイドを生成することに成功した。これにより、組換え酵母を用いた植物トリテルペノイドのコンビナトリアル生合成の実行可能性を示した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] β-Amyrin Oxidation by Oat CYP51H10 Expressed Heterologously in Yeast Cells: The First Example of CYP51-Dependent Metabolism Other than the 14-Demethylation of Sterol Precursors (2012)
  • Author(s): Kunii, M., Kitahama, Y., Fukushima, E.O., Seki, H., Muranaka, T., Yoshida, Y. and Aoyama, Y.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 35 Issue: 5 Pages: 801-804
  • DOI: 10.1248/bpb.35.801
  • NAID: 130001872244
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 組換え酵母を用いた植物由来有用トリテルペノイドの生産 (2012)
  • Author(s): 關 光、村中俊哉、
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 70 Pages: 192-195
  • NAID: 10030591931
• [Journal Article] Triterpene functional genomics in licorice for identification of CYP72A154 involved in the biosynthesis of glycyrrhizin (2011)
  • Author(s): Seki, H., et al
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 23 Issue: 11 Pages: 4112-4123
  • DOI: 10.1105/tpc.110.082685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CYP716A subfamily members are multifunctional oxidases in triterpenoid biosynthesis (2011)
  • Author(s): Fukushima, E.O., Seki, H., Ohyama, K., Ono, E., Umemoto, N., Mizutani, M., Saito, K., Muranaka, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 52 Issue: 12 Pages: 2050-2061
  • DOI: 10.1093/pcp/pcr146
  • NAID: 10030306130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 組換え酵母を用いた植物テルペノイドの生産 (2011)
  • Author(s): 關光、村中俊哉
  • Journal Title: 生物工学会誌 Volume: 89 Pages: 656-659
• [Journal Article] グリチルリチンなどトリテルペノイドの遺伝子組換え酵母での生産 (2011)
  • Author(s): 澤井学、關光、大山清、村中俊哉、斉藤和季
  • Journal Title: BIO INDUSTRY Volume: 28 Pages: 81-83
• [Presentation] P450s involved in legume triterpenoid biosynthesis. (2012)
  • Author(s): Fukushima, E.O., Seki, H. and Muranaka, T.
  • Organizer: 50th Anniversary symposium on cytochrome P450 in Fukuoka
  • Place of Presentation: Fukuoka
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Contribution of P450s catalytic properties to chemical diversity of saponins in Glycyrrhiza species. (2012)
  • Author(s): Sawai, S., Ishimori, M., Ohyama, K., Seki, H., Sudo, H., Akashi, T., Aoki, T., Muranaka, T. and Saito, K.
  • Organizer: 50th Anniversary symposium on cytochrome P450 in Fukuoka
  • Place of Presentation: Fukuoka
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] New function of CYP51H10 belonging to sterol 14-demethylase (CYP51) family. (2012)
  • Author(s): Watanabe, T., Kunii, M., Kitahama, Y., Fukushima, E.O., Seki, H., Muranaka, T. Yoshida, Y. and Aoyama, Y.
  • Organizer: 50th Anniversary symposium on cytochrome P450 in Fukuoka
  • Place of Presentation: Fukuoka
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] オレアノール酸等、植物トリテルペノイドの微生物生産に向けた研究 (2012)
  • Author(s): 關 光、福島エリオデット、大山 清、梅基直行、斉藤和季、村中俊哉
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2012-10-23
• [Presentation] カンゾウ属植物が生成するサポニンの化学的多様性起源の分子生物学的研究 (2012)
  • Author(s): 澤井 学、石森雅人、大山 清、關 光、須藤 浩、明石智義、青木俊夫、村中俊哉、斉藤和季
  • Organizer: 第59回日本生薬学会年会
  • Place of Presentation: かずさアーク
  • Year and Date: 2012-09-17
• [Presentation] De novo transcriptome analysis of the traditional medicine plant Glycyrrhiza uralensis. (2012)
  • Author(s): Ramilowski, A.J., Sawai, S., Seki, H., Muranaka, T., Saito, K. and Daub, O.C.
  • Organizer: COLD SPRING HARBOR ASIA CONFERENCE on RNA Biology
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 2012-08-08
• [Presentation] トリテルペノイド生合成に関わるシトクロムP450の単離と機能解析 (2012)
  • Author(s): 清水裕子、關 光、鈴木宗典、福島エリオデット、村中俊哉
  • Organizer: 第30回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2012-08-03
• [Presentation] カンゾウ属植物のサポニン生合成に関わるP450遺伝子の多様性 (2012)
  • Author(s): 澤井 学、石森雅人、大山 清、關 光、須藤 浩、明石智義、青木俊夫、村中俊哉、斉藤和季
  • Organizer: 第30回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2012-08-03
• [Presentation] トリテルペノイドの構造多様化をもたらす分子基盤の解明 (2012)
  • Author(s): 關光、村中俊哉
  • Organizer: 53回日本植物生理学会大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] トリテルペノイド生合成に関わるシトクロムP450の単離と機能解析 (2012)
  • Author(s): 清水裕子、關光、鈴木宗典、福島エリオデット、村中俊哉
  • Organizer: 53回日本植物生理学会大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] CYP716Aサブファミリーメンバーはトリテルペンサポニン生合成においてマルチファンクショナルP450として機能する (2012)
  • Author(s): 福島エリオデット、關光、大山清、小埜栄一郎、梅基直行、水谷正治、斉藤和季、村中俊哉
  • Organizer: 53回日本植物生理学会大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] ブドウゲノム上でオペロン様遺伝子クラスターを作るCYP716AはトリテルペンC28位酸化酵素である (2012)
  • Author(s): 小埜栄一郎、福島エリオデット、梅基直行、關光、村中俊哉、水谷正治
  • Organizer: 53回日本植物生理学会大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] トリテルペノイド生合成関連マルチファンクショナルP450の同定 (2011)
  • Author(s): 福島エリオデット、關光、大山清、梅基直行、澤井学、斉藤和季、村中俊哉
  • Organizer: 第29回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2011-09-07