放線菌由来特異二次代謝生合成マシナリーの解析および人為制御による有用分子生産

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 25108718
• 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: Hiroshima University
• Principal Investigator: 荒川 賢治 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (80346527)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 放線菌 / ポリケチド / 制御遺伝子 / 生合成 / 抗生物質 / ブテノライド / シグナル分子 / ピロロキノリンキノン / アゾキシアルケン

Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の研究項目を遂行した。
(1)二次代謝誘導シグナル分子SRBの生合成機構解析；　Streptomyces rochei 7434AN4株の抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成に注目し、生合成遺伝子srrXの近傍に位置するP450酵素srrOの遺伝子破壊を行った。その結果、srrO変異株は抗生物質を生産し、シグナル分子を生産していることが示唆された。その構造を調べるため、30リットル培養して活性物質を単離した。その結果、天然型の分子量と比較して酸素原子が１つ少なく、水素原子が２つ多いことが示唆された。NMR解析からブテノライド骨格は保存されていることが示され、炭化水素鎖6’位のケトン基がメチレン基となった化合物(6’-deoxo-SRB)であることが分かった。本化合物とSrrOタンパクとの反応を行ったところ、SRBの形成が認められた。
(2)多重遺伝子変異によるゲノムマイニング；　ランカサイジン・ランカマイシンの両抗生物質生合成の遮断および抑制遺伝子の改変を施したところ、その三重変異株は通常培養しないＵＶ活性化合物を蓄積した。構造解析をしたところアゾキシ基を有した化合物であった。生合成起源について、同位体標識化合物および生合成遺伝子の遺伝子破壊を行って解析を進めた。本化合物の特異な生合成機構に興味が持たれるのと共に、人為制御による有用分子生産へと展開するに当たり、有用な知見であると考えている。

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] Blockage of the early step of lankacidin biosynthesis caused a large production of pentamycin, citreodiol, and epi-citreodiol in Streptomyces rochei (2015)
  • Author(s): Zhisheng Cao, Ryuhei Yoshida, Haruyasu Kinashi, Kenji Arakawa
  • Journal Title: The Journal of Antibiotics Volume: 68 Issue: 5 Pages: 328-333
  • DOI: 10.1038/ja.2014.160
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The tap-tpg gene pair on the linear plasmid functions to maintain a linear topology of the chromosome in Streptomyces rochei (2015)
  • Author(s): Yosi Nindita, Zhisheng Cao, Yingjie Yang, Kenji Arakawa, Yuh Shiwa, Hirofumi Yoshikawa, Michihira Tagami, Alexander Lezhava, Haruyasu Kinashi
  • Journal Title: Molecular Microbiology Volume: 95 Issue: 5 Pages: 846-858
  • DOI: 10.1111/mmi.12904
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genetic and biochemical analysis of the antibiotic biosynthetic gene clusters on the Streptomyces linear plasmid (2014)
  • Author(s): Kenji Arakawa
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 78 Issue: 2 Pages: 183-189
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.882761
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Streptomyces属放線菌の抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導するシグナル分子 (2014)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 52 Pages: 712-713
• [Journal Article] Chromosomal circularization of the model Streptomyces species (2013)
  • Author(s): Nindita Y, Nishikawa T, Arakawa K, Wang G, Ochi K, Qin Z, Kinashi H
  • Journal Title: Streptomyces coelicolor A3(2). FEMS Microbiol Lett Volume: 347 Pages: 149-155
  • DOI: 10.1111/1574-6968.12228
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of the regulatory genes encoded on a Streptomyces linear plasmid and its application for antibiotic production (2013)
  • Author(s): Kenji Arakawa
  • Journal Title: Report of the Noda Institute for Scientific Research Volume: 57 Pages: 40-41
• [Presentation] 放線菌シグナル制御系の分子基盤解析および複合的代謝改変による潜在的二次代謝産物の発掘 (2015)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
  • Invited
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産誘導を司るシグナル分子SRBの生合成 (2015)
  • Author(s): 波多江 希，津田 直人，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiにおける抗生物質生産制御カスケードの解析 (2015)
  • Author(s): 岩國 美由季，鈴木 敏弘，山本 章治，佐々木 浩晃，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rochei 7434AN4株の線状ゲノムの塩基配列解析 (2015)
  • Author(s): 稲田 晋宣，曹 志生，Yosi NINDITA，張 奕雯，田上 道平，Alexander LEZHAVA，志波 優，吉川 博文，石川 淳，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ミズクラゲ幼生に対する変態誘導物質indomethacinの構造活性相関 (2015)
  • Author(s): 国吉 久人，黒田 理絵，辻田 菜摘，中谷 みなみ，小路 淳，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ミズクラゲ幼生の変態に伴って発現上昇する遺伝子の解析 (2015)
  • Author(s): 辻田 菜摘，桑原 宏行，今井 つかさ，矢中 規之，小路 淳，荒川 賢治，国吉 久人
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Blockage of the early step of lankacidin biosynthesis caused a large production of pentamycin, citreodiol, and epi-citreodiol in Streptomyces rochei (2014)
  • Author(s): Zhisheng CAO, Ryuhei YOSHIDA, Haruyasu KINASHI, Kenji ARAKAWA
  • Organizer: The 17th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: トルコ共和国 クシャダス
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-12
• [Presentation] Structural elucidation and biosynthetic origin of azoxyalkene compound produced by a multiple gene disruptant of Streptomyces rochei (2014)
  • Author(s): Hirofumi KUNITAKE, Takahiro HIRAMATSU, Haruyasu KINASHI, Kenji ARAKAWA
  • Organizer: The 17th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: トルコ共和国 クシャダス
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-12
• [Presentation] Functional analysis of a PQQ-dependent enzyme in lankacidin biosynthesis (2014)
  • Author(s): Yusuke YAMAUCHI, Yu YABUUCHI, Toshihiro SUZUKI, Haruyasu KINASHI, Kenji ARAKAWA
  • Organizer: The 17th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: トルコ共和国 クシャダス
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-12
• [Presentation] Exiguamide によるウニ・ヒトデ胚発生阻害の特異性 (2014)
  • Author(s): 池上 晋，渡邉 秀典，荒川 賢治，太田 恵美，太田 伸二，金子 洋之
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiのランカサイジン生合成変異株が蓄積する代謝産物の構造および生合成・制御機構の解析 (2014)
  • Author(s): 曹 志生，吉田 竜平，片岡 憂祐，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第６６回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 抗生物質ランカサイジン生産におけるピロロキノリンキノン要求性酵素の機能解析 (2014)
  • Author(s): 山内 佑介，薮内 優，鈴木 敏弘，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第６６回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの多重遺伝子破壊株が生産するアゾキシアルケンの化学構造および生合成経路の解析 (2014)
  • Author(s): 國武 博文，平松 高広，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第６６回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産誘導を司るシグナル分子SRBの生合成に関わるP450酵素SrrOの機能解析 (2014)
  • Author(s): 波多江 希，津田 直人，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第６６回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を負に制御するリプレッサー遺伝子srrBの機能解析 (2014)
  • Author(s): 岩國 美由季，鈴木 敏弘，山本 章治，佐々木 浩晃，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第６６回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成経路 (2014)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 第１０回（2014年度）生合成勉強会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-08-02
  • Invited
• [Presentation] The tpg-tap gene pair of the linear plasmid functions to maintain the linear chromosome in Streptomyces rochei 7434AN4 (2014)
  • Author(s): Yosi NINDITA，曹 志生，志波 優，吉川 博文，荒川 賢治，木梨 陽康
  • Organizer: 第２９回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくばカピオ （茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産誘導を司るシグナル分子SRBの生合成に関わるP450酵素SrrOの機能解析 (2014)
  • Author(s): 波多江 希，津田 直人，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 第２９回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくばカピオ （茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] 放線菌線状プラスミドにコードされた抗生物質生合成クラスターの遺伝学的・生物有機化学的解析 (2014)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会・中四国支部第３８回講演会（例会）
  • Place of Presentation: 香川大学
  • Invited
• [Presentation] Manipulation of the Streptomyces regulatory network for engineering natural product biosynthesis (2014)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 1st US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researcher
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Invited
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの多重変異株が生産するアゾキシアルケン化合物の生合成機構 (2014)
  • Author(s): 國武 博文，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学
• [Presentation] The tpg-tap gene pair of the linear plasmid functions to maintain the linear chromosome in Streptomyces rochei 7434AN4 (2014)
  • Author(s): Yosi NINDITA，曹 志生，志波 優，吉川 博文，荒川 賢治，木梨 陽康
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学
• [Presentation] Streptomyces rochei7434AN4株の線状染色体の塩基配列解析 (2014)
  • Author(s): 稲田 晋宣，曹 志生，Yosi NINDITA，片岡 憂祐，田上 道平，Alexander LEZHAVA，志波 優，吉川 博文，石川 淳，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学
• [Presentation] 赤シソからの新規I型アレルギー抑制因子の単離・同定 (2014)
  • Author(s): 亀井 力哉，河本 正次，荒川 賢治，平川 規子，馬場 堅治，小埜 和久
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学
• [Presentation] 抗生物質生合成を誘導するシグナル分子の構造・生合成と有用物質生産への展開 (2013)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 第５回生合成マシナリー札幌セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Invited
• [Presentation] 多重遺伝子変異株から単離したアゾキシアルケン化合物の構造および生合成 (2013)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 第９回（2013年度）生合成勉強会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部
  • Invited
• [Presentation] Streptomyces rocheiの多重遺伝子破壊株が生産する代謝産物の化学構造および生合成機構の解析 (2013)
  • Author(s): 國武 博文，平松 高広，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] 抗生物質ランカサイジン生合成におけるピロロキノリンキノン要求性デヒドロゲナーゼの機能解析 (2013)
  • Author(s): 山内 佑介，薮内 優，鈴木 敏弘，木梨 陽康，荒川 賢治
  • Organizer: 日本放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] Analysis of the essential gene for a linear topology of the Streptomyces rochei replicons (2013)
  • Author(s): Yosi NINDITA，曹 志生，志波 優，吉川 博文，荒川 賢治，木梨 陽康
  • Organizer: 日本放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] 放線菌線状プラスミドにコードされた抗生物質生合成・制御遺伝子の網羅的解析および物質生産への応用 (2013)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: ＪＢＡ発酵と代謝研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学農学部
  • Invited
• [Presentation] 放線菌二次代謝制御システムの解析および物質生産への応用 (2013)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 第６５回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場
  • Invited
• [Remarks] 研究室のホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/index.html
• [Remarks] 研究室のホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/index.html