ユニークな骨格を持つ放線菌由来二次代謝産物の生合成経路の解明

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 25108706
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 勝山 陽平 東京大学, 農学生命科学研究科, 講師 (50646437)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2014: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2013: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: ポリケタイド / 非リボソームペプチド / 生合成 / 天然物

Outline of Annual Research Achievements

放線菌は有用な生理活性を持つ二次代謝産物を数多く生産する事が知られている。その活性の幅は広く、抗菌物質から免疫抑制剤等、多岐にわたる。このような活性の多様さはこれら二次代謝産物の多様性によりもたらされる。そこで本研究では放線菌二次代謝産物の多様性創出機構に関する知見を得る事を目指し、複数の天然物の生合成経路を調べた。まず、非リボソームペプチドであるJBIR-34, -35の生合成経路の解析を行った。JBIR-34, -35の持つ最も興味深い骨格は4位にメチル基を持つオキサゾリン環である。そこで、JBIR-34, -35の生合成遺伝子クラスターを明らかにし、JBIR-34, -35の生合成経路を予測した。この結果と安定同位体の取り込み実験の結果からこのオキサゾリン環はD-アラニンから合成されるα-メチル-L-セリンから生合成される事が示唆された。このα-メチル-L-セリン合成反応はFmoHと名付けた酵素により触媒される事を明らかにした。次にJBIR-70 (streptazone E) の生合成経路の解明を目指した。この化合物はシクロペンタ-[b]-ピリジン環を持つ放線菌由来のアルカロイドである。まず、生産菌のゲノム情報を明らかにする事でJBIR-70の生合成遺伝子クラスターを探索した。その結果、JBIR-70の生合成を担うと思われるポリケタイド合成酵素遺伝子を含むクラスターを見出した。この遺伝子クラスター内に存在する遺伝子を一つずつ破壊した変異株を作り、その菌株の生産物を解析する事でJBIR-70の生合成経路を提唱する事に成功した。また、イソフラノナフトキノン骨格を持つポリケタイドであるJBIR-76の生合成経路の解析も試みた。その結果、この経路においてBaeyer-Villiger酸化酵素が重要な役割を担う事を明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Biosynthesis of the 4-methyloxazoline-containing nonribosomal peptides, JBIR-34 and -35, in Streptomyces sp. Sp080513GE-23. (2014)
  • Author(s): Adeline Muliandi, Yohei Katsuyama, Kaoru Sone, Miho Izumikawa, Tomohiro Moriya, Junko Hashimoto, Ikuko Kozone, Motoki Takagi, Kazuo Shin-ya, Yasuo Ohnishi.
  • Journal Title: Chemistry and Biology Volume: 21 Issue: 8 Pages: 923-934
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2014.06.004
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Streptomyces sp. JE-08由来シクロペンタ[b]ピリジン環構造を有するポリケタイドJBIR-70の生合成 (2015)
  • Author(s): 太島有香、勝山陽平、泉川美穂、大野翔登、荒川孝俊、伏信進矢、新家一男、大西康夫
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] Biosynthesis of JBIR-76 and -77, aromatic polyketides with isofuranonaphthoquinone scaffold (2015)
  • Author(s): Yohei Katsuyama, Kaoru Sone, Ryutaro Satou, Miho Izumikawa, Motoki Takagi, Kazuo Shin-ya, Yasuo Ohnishi
  • Organizer: Natural Product - Discovery & Development in the Post Genomic Era
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-01-12
• [Presentation] 放線菌由来4-メチルオキサゾリン環を有する非リボソームペプチドJBIR-34, 35の生合成経路のin vitro解析 (2014)
  • Author(s): 曽根薫、勝山陽平、新家一男、大西康夫
  • Organizer: 日本放線菌学会
  • Place of Presentation: つくばカピオ
  • Year and Date: 2014-06-20
• [Presentation] 特異なヘテロ環を持つペプチドの生合成 (2014)
  • Author(s): 勝山陽平、大西康夫
  • Organizer: 日本農芸化学会関東支部2014年度第1回例会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-05-24
  • Invited
• [Presentation] 非リボソームペプチドJBIR-34, JBIR-35の生合成 (2013)
  • Author(s): 勝山 陽平, アデリン ムリアンディ, 曽根 薫, 泉川 美穂, 守屋 智博, 小曽根 郁子, 橋本 絢子, 高木 基樹, 新家 一男, 大西 康夫
  • Organizer: 放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] Biosynthesis of JBIR-34,35, nonribosomal peptides containing unusual methyloxazoline group (2013)
  • Author(s): Yohei Katsuyama, Adeline Muliandi, Miho Izumikawa, Tomohiro Moriya, Ikuko Kozone, Junko Hashimoto, Motoki Takagi, Kazuo Shin-ya, Yasuo Ohnishi
  • Organizer: 1st European Conference on Natural Products
  • Place of Presentation: DECHEMA-HAUS, FRANKFURT AM MAIN