海生糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 25108722
• 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: Iwate Medical University
• Principal Investigator: 藤井 勲 岩手医科大学, 薬学部, 教授 (70181302)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2014: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2013: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 菌類 / ゲノム / 海洋資源 / バイオテクノロジー / ポリケタイド

Outline of Annual Research Achievements

海生糸状菌のポリケタイド合成酵素（PKS）遺伝子の解析を目的として、shimalactone生産菌Emericella variecolor GF10とhimeic acid生産菌Aspergillus sp. MF275を中心に解析を進めた。
・shimalactone生合成遺伝子クラスター
これまでにShmA PKSがpreshimalactoneを合成することを同定したが、今年度は、PKS以下の各酵素の機能を確認するため、異なるマーカーを持つプラスミド上に各遺伝子を組み込んだShmB、ShmD、ShmF、ShmGの各発現プラスミドを構築し、ShmAとともに、A. oryzae で発現させた。その結果、ShmAとShmBのみでshimalactone Aとその立体異性体であるBが生成することを確認した。これは、ShmAにより生成したpreshimalactoneがShmBによるエポキシ化を受けた後、A. oryzae内で非酵素的にoxabicylo[2.2.1]環系形成と二重結合の異性化、さらに8π-6π閉環が進行し、shimalactoneが生成したものと考えられた。また、ShmA, B, D, F, Gの全てを組み込んだ形質転換体では、shimalactone Aの選択性ならびに生産性が上がっており、ShmD, F, Gがpreshimalactone oxideからのoxabicylo[2.2.1]環系形成、二重結合の異性化、8π-6π閉環とその際の立体選択性に寄与しているものと考えられた。
・himeic acidの生合成
標識化合物の投与実験により、主鎖が酢酸由来であり、ロイシンが強く取り込まれることから、ドラフトゲノム情報より、候補となるPKS-NRPS生合成遺伝子クラスターを２つに絞ることができた。

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] Structural basis for the formation of acylalkylpyrones from two β-ketoacyl units by the fungal type III polyketide synthase CsyB (2015)
  • Author(s): Mori, T., Yang, D., Matsui, T, Hashimoto, M., Morita, H., Fujii, I., Abe, I.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 290 Issue: 8 Pages: 5214-5225
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.626416
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Product identification of non-reducing polyketide synthases with C-terminus methyltransferase domain from Talaromyces stipitatus using Aspergillus oryzae heterologous expression (2015)
  • Author(s): Makoto Hashimoto, Daigo Wakana, Miki Ueda, Daisuke Kobayashi, Yukihiro Goda, Isao Fujii
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 25 Issue: 7 Pages: 1381-1384
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2015.02.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression, purification, and crystallization of a fungal type III polyketide synthase that produces the csypyrones (2014)
  • Author(s): Yang, D., Mori, T., Matsui, T., Hashimoto, M., Morita, H., Fujii, I., Abe, I.
  • Journal Title: Acta Crystallogr., Sect. F: Struct. Biol. Cryst. Commun. Volume: 70 Issue: 6 Pages: 730-733
  • DOI: 10.1107/s2053230x14008516
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Aspergillus oryzae CsyB catalyzes the condensation of two β-ketoacyl-CoAs to form 3-acetyl-4-hydroxy-6-alkyl-α-pyrone (2014)
  • Author(s): Makoto Hashimoto, Tsukasa Koen, Hiroaki Takahashi, Chihiro Suda, Katsuhiko Kitamoto, Isao Fujii
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Issue: 29 Pages: 19976-19984
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.569095
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fungal type III polyketide synthases (2014)
  • Author(s): Makoto Hashimoto, Takamasa Nonaka, Isao Fujii
  • Journal Title: Nat. Prod. Rep. Volume: 31 Issue: 10 Pages: 1306-1317
  • DOI: 10.1039/c4np00096j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aspergillus oryzae type III polyketide synthase CsyB using a fatty acyl starter for the biosynthesis of csypyrone B compounds (2013)
  • Author(s): Makoto Hashimoto, Satomi Ishida, Yasuyo Seshime, Katsuhiko Kitamoto, Isao Fujii
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 23 Issue: 20 Pages: 5637-5640
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2013.08.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structurally Diverse Chaetophenol Productions Induced by Chemically Mediated Epigenetic Manipulation of Fungal Gene Expression (2013)
  • Author(s): T. Asai, T. Yamamoto, N. Shirata, T. Taniguchi, K. Monde, I. Fujii, K. Gomi, Y. Oshima
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 15 Issue: 13 Pages: 3346-3349
  • DOI: 10.1021/ol401386w
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 海生糸状菌Emericella variecolor GF10由来shimalactone生合成に関与する遺伝子群の機能解析 (2015)
  • Author(s): 橋元 誠、櫻場陽香、鈴木健太、對馬晴枝、岩﨑后穂、吉田早希、藤井 勲
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 兵庫医療大学（兵庫）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 海生糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー (2014)
  • Author(s): 藤井 勲、橋元 誠、櫻場陽香、鈴木健太、對馬晴枝、岩﨑后穂、吉田早希
  • Organizer: 新学術領域第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー (2014)
  • Author(s): 藤井 勲
  • Organizer: 第20回天然薬物の開発と応用シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] 3-acetyl-4-hydroxy-α-pyrone骨格を構築する麹菌由来タイプIII型ポリケタイド合成酵素CsyBの機能解析 (2014)
  • Author(s): 橋元 誠、勢〆康代、石田理美、高圓 宰、高橋宏明、須田千尋、北本勝ひこ、藤井 勲
  • Organizer: 第56回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 高知県立県民文化ホール（高知）
  • Year and Date: 2014-10-15
• [Presentation] 海生糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー (2014)
  • Author(s): 藤井 勲
  • Organizer: 新学術領域第7回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京）
  • Year and Date: 2014-06-22
• [Presentation] 海生糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー
  • Author(s): 藤井 勲、橋元誠、浅野孝、釆澤亜希子、小西芳、宮彩子
  • Organizer: 新学術領域第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌
• [Presentation] ハイブリッド型ポリケタイド合成酵素－非リボソームぺプチド合成酵素機能解析系の構築
  • Author(s): 鈴木友紀子，浅野 孝，勢〆康代，藤井 勲
  • Organizer: 第52回日本薬学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 麹菌Aspergillus oryzae由来タイプIII型ポリケタイド合成酵素CsyBの機能解析
  • Author(s): 高圓 宰、橋元 誠、高橋宏明、須田千尋、北本勝ひこ、藤井 勲
  • Organizer: 第52回日本薬学会東北支部会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 海生糸状菌のポリケタイド生合成マシナリー
  • Author(s): 藤井 勲、橋元 誠、宮 彩子、櫻場陽香、鈴木健太、對馬晴枝
  • Organizer: 新学術領域第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉
• [Presentation] 麹菌Aspergillus oryzae由来タイプIII型ポリケタイド合成酵素CsyBによる3-acetyl-6-alkyl-α-pyroneの生成
  • Author(s): 橋元 誠、高橋宏明、高圓 宰、須田千尋、北本勝ひこ、藤井 勲
  • Organizer: 2014年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 神奈川
• [Book] 麹菌発現系を用いた糸状菌生合成遺伝子の機能解析. 発酵・醸造食品の最前線、第８章（北本勝ひこ監修） (2015)
  • Author(s): 藤井 勲
  • Total Pages: 12
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 岩手医科大学薬学部天然物化学講座ホームページ
  • URL: http://inpc.iwate-med.ac.jp/iNPC_IMU/HOME.html
• [Remarks] 岩手医科大学薬学部・天然物化学講座ホームページ
  • URL: http://inpc.iwate-med.ac.jp/iNPC_IMU/HOME.html