2019 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanistic Analysis of Biosynthetic Machinery for Rational Redesign of Microbial Secondary Metabolites
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
16H06451
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江口 正 東京工業大学, 理学院, 教授 (60201365)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 生合成 / 二次代謝物 / リデザイン / 酵素 / 遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な二次代謝産物の生合成系を遺伝子・酵素，反応レベルで精密に機能を解析し、これらの遺伝子情報を基盤とした生合成リデザインによる新物質生産への応用することを最終的な目的としている。本年度は主に以下の抗生物質群の生合成酵素の詳細な機能解析を行った。
1) アリステロマシンの生合成酵素の機能解析
炭素五員環含有型抗生物質アリステロマイシンの生合成機構を詳細な酵素反応レベルで解明することを目的として、これまでに糖質から炭素五員環型サイクリトールリン酸を形成する酵素Ari2 の機能解析を行い、Ari2がフルクトース-6-リン酸を基質、NAD+を補酵素とした反応を触媒し、炭素５員環生成物を与えることを明らかにしてきた。さらに、本年度は環化の際の立体化学に関して、重水素化基質を用いてin vitroの実験で明らかにした。その結果、 フルクトース-6-リン酸の６位pro-R水素を引き抜き、エノラート中間体を経て環化することが分かった。この反応機構は、デヒドロキナ酸合成酵素とは異なり、myo-イノシトール合成酵素と同様であることが分かった。
2) マクロラクタムポリケチド抗生物質クレミマイシンの生合成酵素の機能解析
クレミマイシン生合成における開始基質である３－アミノノナン酸は、天然のα－アミノ酸から誘導される他のマクロラクタム抗生物質の開始基質とはとは明らかに異なり、非常に興味が持たれた。３－アミノノナン酸生合成に関わるポリケチド合成酵素CmiP4、CmiP3の脱水ドメイン、FAD依存性酸化酵素であるCmiS2の生化学的解析、結晶構造解析を行い、これらの酵素の基質認識機構、反応機構を原子・分子レベルで解明することが出来た。これにより、天然型とは異なったβ-アミノ酸を取り込ませ、新たなマクロラクタム化合物の創製も期待できると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定であるマクロラクタム抗生物質やアミノグリコシド抗生物質の機能解析については、未だ論文としては仕上がっていないものの順調に進んでいる。さらに、バクテリオホパンの生合成において不明であったC5単位の側鎖伸長の酵素反応を明らかにするなど、他の天然物の生合成酵素の機能解析も進んでいる。これらを考えるとほぼ予定通りに研究計画が進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、マクロラクタムポリケチド抗生物質やアミノ配糖体抗生物質の生合成遺伝子の機能解析をさらに進めて、それらの基質特異性の解明へと進めていく予定である。それらの結果を基に新規類縁体創製を目指す。また、ポリケチド合成酵素におけるタンパク質間相互作用の解明は重要な課題で有り、相互作用解析をさらに進めていく予定である。さらに、他の抗生物質の生合成に関する酵素の機能解析を進めて、生合成リデザインによる非天然型抗生物質創製に向けて、研究を発展させる予定である。
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