経路特異的転写因子を活用したテルペノイド生合成遺伝子群の一括発現と有用物質生産

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 25108726
• 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 Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 高橋 俊二 独立行政法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, ユニットリーダー (30311608)
• 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: 経路特異的転写因子 / テルペノイド / 生産プラットフォーム / 放線菌 / 生合成プラットフォーム / 二次代謝産物 / ゲノムスケールモデル / メタボローム

Outline of Annual Research Achievements

植物・微生物は様々な有用テルペノイド化合物を生産し、医薬品、芳香剤、近年ではエネルギー資源など多岐に亘る需要がある。立体特異的構造をもつため化学合成が困難であり、量産には生物の代謝系を利用する必要がある。放線菌は、構造多様性を持つ有用二次代謝物を高生産する能力を有するためテルペノイド化合物への応用が期待されるが、大腸菌や酵母のような実質的な高生産システムとして開発されていない。そこで、本研究では、非メバロン酸経路とメバロン酸経路の両方を駆動する放線菌 (Streptomyces reveromyceticus)に着目した。S. reveromyceticusはreveromycin A (RM-A)を高生産するが、RM-A生合成遺伝子破壊株に経路特異的転写因子(Fur22)を恒常発現させることによって、Furaquinocin (FQ)類を高生産させることが出来る。そこで、Fur22の活用によりテルペノイド生合成遺伝子群の一括発現を検討した。まず、Fur22機能を最大限に発揮させるために、S. reveromyceticus のRNA-seq解析を行なった。得られた候補遺伝子のプロモーターをfur22遺伝子の上流に連結し、FQ生産量を指標にプロモーター活性評価を行なった。その結果、一次・二次代謝生合成遺伝子群と効率的にリンクすると考えられる最適な内生プロモーターを見出した。以上の研究により、Fur22が制御するプロモーター下流に様々な二次代謝生合成遺伝子群を導入することでメバロン酸生合成、テルペノイド二次代謝生合成に関わる全遺伝子の同調発現を可能にした生産プラットフォームを構築することが出来た。

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] RK-270A-C, new oxindole derivatives isolated from a microbial metabolites fraction library of Streptomyces sp. RK85-270. (2015)
  • Author(s): Jang JP, Nogawa T, Uramoto M, Okano A, Futamura Y, Shimizu T, Takahashi S, Jang JH, Ahn JS, Osada H.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 68 Issue: 4 Pages: 293-295
  • DOI: 10.1038/ja.2014.141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure-function analyses of cytochrome P450revI involved in reveromycin A biosynthesis and evaluation of the biological activity of its substrate, reveromycin T (2014)
  • Author(s): Shunji Takahashi, Shingo Nagano, Toshihiko Nogawa, Naoki Kanoh, Masakazu Uramoto, Makoto Kawatani, Yoshitsugu Shiro, Hiroyuki Osada
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 47 Pages: 32446-32458
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.598391
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RK-1355A and B, novel quinomycin derivatives isolated from a microbial metabolites fraction library based on NPPlot screening. (2014)
  • Author(s): Lim CL, Nogawa T, Uramoto M, Okano A, Hongo Y, Nakamura T, Koshino H, Takahashi S, Ibrahim D, Osada H.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 67 Issue: 4 Pages: 323-329
  • DOI: 10.1038/ja.2013.144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Point Mutation in <i>ftmD</i> Blocks the Fumitremorgin Biosynthetic Pathway in <i>Aspergillus fumigatus</i> Strain Af293 (2013)
  • Author(s): Kato N, Suzuki H, Okumura H, Takahashi S, Osada H
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 77 Issue: 5 Pages: 1061-1067
  • DOI: 10.1271/bbb.130026
  • NAID: 10031177597
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creation of novel reveromycin derivatives by alcohol added fermentation (2013)
  • Author(s): Nogawa T. et al.
  • Journal Title: J. Antibiot. Volume: 66 Issue: 4 Pages: 247-250
  • DOI: 10.1038/ja.2012.115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pyrrolizilactone, a new pyrrolizidinone metabolite produced by a fungus. (2013)
  • Author(s): Nogawa T, Kawatani M, Uramoto M, Okano A, Aono H, Futamura Y, Koshino H, Takahashi S, Osada H.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 66 Issue: 10 Pages: 621-623
  • DOI: 10.1038/ja.2013.55
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リベロマイシンA生合成に関わる未知酵素の解明－スピロアセタール環化酵素の発見 (2013)
  • Author(s): 高橋俊二、長田裕之
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 51 Pages: 138-140
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Engineering of primary metabolism in Streptomyces reveromyceticus (2015)
  • Author(s): Suresh Panthee, Shunji Takahashi, Tomokazu Shirai, Akihiko Kondo, Hiroyuki Osada
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 経路特異的転写因子を活用したテルペノイド生合成遺伝子群の一括発現と有用物質生産 (2014)
  • Author(s): 高橋俊二
  • Organizer: 新学術領域「生合成マシーナリー」第8回 公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-06
• [Presentation] 経路特異的転写因子を活用したテルペノイド生合成遺伝子群の一括発現と有用物質生産 (2014)
  • Author(s): 高橋俊二
  • Organizer: 新学術領域「生合成マシーナリー」第７回 公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2014-06-21 – 2014-06-22
• [Presentation] Elucidation of reveromycin A biosynthesis (2014)
  • Author(s): Shunji Takahashi et al.
  • Organizer: 1st US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products For Young Researcher
  • Place of Presentation: O-okayama, Tokyo
• [Presentation] Reveromycin A生合成におけるサクシニル化酵素の機能解析 (2014)
  • Author(s): 前島 希 他
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学、神奈川
• [Presentation] Butylmalonyl-CoA生合成に関与するRevRの機能解析 (2014)
  • Author(s): 宮澤岳 他
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学、神奈川
• [Presentation] Verticilactam遺伝子クラスターに存在する生合成遺伝子群の機能解析 (2014)
  • Author(s): 寺井淳高 他
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学、神奈川
• [Presentation] Analysis of RevU interaction to carboline compounds (2014)
  • Author(s): Suresh Panthee et al.
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学、神奈川
• [Presentation] 糸状菌Fusarium sp. FN080326株由来フサリセチンA生合成遺伝子クラスターの解析 (2014)
  • Author(s): 加藤直樹 他
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 明治大学、神奈川
• [Presentation] In vitro reconstruction of reveromycin A biosythesis (2014)
  • Author(s): Shunji Takahashi
  • Organizer: The 7thJapan-Korea Chemical Biology Symposium
  • Place of Presentation: Jeju Island, Koera
  • Invited
• [Presentation] Elucidation of 2-alkylmalonyl-CoA biosynthesis in Reveromycin production (2013)
  • Author(s): Takeshi Miyazawa et al.
  • Organizer: KRIBB-RIKEN Chemical Biology Joint Symposium
  • Place of Presentation: Ochang, Korea
• [Presentation] S. reveromyceticusを活用したsamR0483遺伝子の機能解析 (2013)
  • Author(s): 宮澤 岳 他
  • Organizer: 放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] 異種発現によるVerticilactam生合成遺伝子の同定 (2013)
  • Author(s): 寺井淳高 他
  • Organizer: 放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] Transcriptomic analysis of biomediator treated Streptomyces reveromyceticus (2013)
  • Author(s): Suresh Panthee et al.
  • Organizer: 放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] Streptomyces属由来の新規III型ポリケタイド合成酵素の機能解析 (2013)
  • Author(s): 相澤 光輝 他
  • Organizer: 放線菌学会
  • Place of Presentation: メルパルク広島
• [Presentation] Isolation of Novel Bioactive Compounds from Fraction Library of Microorganisms Based On NPPlot Screening (2013)
  • Author(s): Lim Chung Liang et al.
  • Organizer: 天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Fusarium sp. FN080326株由来フサリセチンA生合成遺伝子クラスターの同定 (2013)
  • Author(s): 加藤直樹 他
  • Organizer: 糸状菌分子生物学研究会
  • Place of Presentation: 筑波国際会議場
• [Presentation] Analysis of Reveromycin A biosynthetic machinery (2013)
  • Author(s): Shunji Takahashi et al.
  • Organizer: RIKEN-Max Planck Joint Research Center for Systems Chemical Biology The 2nd Symposium
  • Place of Presentation: 埼玉 和光
• [Presentation] リベロマイシン生合成研究から遺伝子クラスター覚醒小分子探索まで (2013)
  • Author(s): 高橋 俊二
  • Organizer: JBA発酵と代謝研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Invited
• [Remarks] 天然物生合成研究ユニット
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/npbu/index.html
• [Remarks] 天然物生合成研究ユニット
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/npbu/index.html