炭素をつなぐ：SAMT自在制御基盤の確立

Publicly Offered Research

Project Area	Systems biosynthetics based on accumulation, prediction, and creation of biological reactions
Project/Area Number	23H04565
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (II)
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	野田修平神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 特命准教授 (30710131)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000) Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords	S-アデノシルメチオニン転移酵素 / C1増炭反応 / メタノール / 酸化還元酵素 / 3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素 / フェニルプロパノイド
Outline of Research at the Start	本研究では、メタノールを炭素供与基として、S-アデノシルメチオニン転移酵素（SAMT）の特異性及び活性を自由自在に制御することにより、既存の天然有機化合物に新たな炭素結合を導入し、極性官能基であるカルボキシル基を導入可能な酵素群の開発を行う。メタノールを用いたSAM再生系とSAMTを融合し、環境調和型のクリーンは炭素結合形成反応の開発を行う。最終的に、天然有機化合物の任意の芳香環に炭素結合を形成し、極性官能基修飾可能なSAMT及び追随する酸化還元酵素群の学術基盤を確立する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、メタノールを炭素供与基として、S-アデノシルメチオニン転移酵素（SAMT）の特異性及び活性を自由自在に制御することにより、既存の天然有機化合物に新たな炭素結合を導入し、極性官能基であるカルボキシル基を導入可能な酵素群の開発を行う。メタノールを用いたSAM再生系とSAMTを融合し、環境調和型のクリーンは炭素結合形成反応の開発を行う。最終的に、天然有機化合物の任意の芳香環に炭素結合を形成し、極性官能基修飾可能なSAMT及び追随する酸化還元酵素群の学術基盤を確立する。本研究では、天然有機化合物の任意の位置にC1炭素結合を導入可能なSAMTとして、3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素に注目した。また、3-ヒドロキシ安息香酸のテレフタル酸への変換を例に取り、芳香環にカルボン酸を導入可能な酵素群を開発する。最終的に、C1メタノールを炭素供与基として、「フェニルプロパノイド・ポリケタイドなどの天然有機化合物の任意の位置に炭素結合を形成・官能基の導入を可能にするSAMTの学術的理解と自由自在な制御」を目指す。本年度は、実際に3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素のクローニングおよび、活性の評価、ホモロジーモデルの作成による変異導入点の抽出、変異体作成などを行った。3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素の3-ヒドロキシ安息香酸への活性の確認を行い、その活性を確認した。更に、変異体を作成することにより、3-ヒドロキシ安息香酸を3-ヒドロキシ4-メチル安息香酸へと変換する活性の向上に成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度の研究において、実際に3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素のクローニングおよび、活性の評価、ホモロジーモデルの作成による変異導入点の抽出、変異体作成などを行った。3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素の3-ヒドロキシ安息香酸への活性の確認を行い、その活性を確認した。更に、変異体を作成することにより、3-ヒドロキシ安息香酸を3-ヒドロキシ4-メチル安息香酸へと変換する活性の向上に成功した。3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素の3-ヒドロキシ安息香酸への基質特異性向上は本研究を最も重要な研究開発項目の一つであり、高活性な変異体を取得できたため、研究は概ね順調に進展していると判断するに至った。
Strategy for Future Research Activity	本年度の研究において、3-ヒドロキシキヌレニンC-メチル転移酵素の変異体を作成することにより、3-ヒドロキシ安息香酸を3-ヒドロキシ4-メチル安息香酸へと変換する活性の向上に成功した。今後は今年度取得した変異体以上に高活性な変異体を開発すること、メチル化以後の酸化還元酵素の評価に加え、S-アデノシルメチオニンの再生系の適用によるメチル化活性の向上を重点的に検討する。高活性な変異体開発のためには、多重変異酵素の開発や一変異体の数を更に拡張させるといった複数のアプローチを行う。最終的に、フェニルプロパノイド化合物のオイゲノール（Eugenol）や、ポリケタイド化合物のエンドクロシン（Endocrocin）中の芳香環へのメチル基導入を可能とする技術の開発を目指す。