抗ガン剤生合成マシナリーの再構築および多様性創出機構の解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 22108002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 及川 英秋 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (00185175)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南 篤志 北海道大学, 大学院・理学研究院, 助教 (40507191)
• Keywords: ペプチド合成酵素 / 大腸菌 / 抗腫瘍性物質 / 化学酵素合成 / 生合成

Research Abstract

既に我々はサフラマイシンの生合成酵素SfmCが、チロシン誘導体と単純な鎖状アルデヒドから7段階の反応を触媒し、一挙に5環性のテトラヒドロイソキノリン骨格を合成することを見出した。そこでアルデヒド側基質の合成アナログとのSfmCによる酵素反応を検討し、様々な誘導体さらには臨床用抗ガン剤エクチナサイジン(ET)と同じものを調製するための第一歩として以下の検討を行った。今回、サフラマイシンと構造が近縁の放線菌Streptomyces griseoplanus SF-1739由来の複雑な6環性構造を有する抗腫瘍性物質シアノサイクリン、および放線菌Streptomyces melanovinaceusの生産する比較的単純な構造を有するキノカルシンの生合成遺伝子クラスターを同定すべく、ゲノムDNAを調製後、シーケンス解析を行った。次いで得られたデータのバイオインフォマティクス解析により、目的とするペプチド合成酵素候補を見出した。今回扱った二種の天然物に共通する窒素含有ヘテロ環を供給するアミノ酸を同定すべく、cya16の大量発現、酵素反応を行い、アルギニンが酸化された前駆体を得た。この実験結果を基にサフラマイシンの生合成酵素SfmCの反応機構を参照にして、シアノサイクリンの合理的な骨格構築機構を提唱した。さらにSfmCに関しては、アルデヒド側基質の合成アナログを用いた酵素反応を行い、基質アナログの受容能に関する知見を得た。

Research Products

• [Journal Article] Enzymatic Epoxide-Opening Cascades Catalyzed by a Pair of Epoxide Hydrolases in the Ionophore Polyether Biosynthesis. (2011)
  • Author(s): A.Minami, A.Migita, D.Inada, K.Hotta, K.Watanabe, H.Oguri, H.Oikawa
  • Journal Title: Org Lett Volume: Vol.13, No.7 Pages: 1638-1641
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生合成マシナリーを用いた抗腫瘍性物質生産の試み (2011)
  • Author(s): 渡辺賢二、大栗博毅、及川英秋
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 69巻、No.1 Pages: 26-30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intriguing Substrate Tolearance of Epoxide Hydrolase Lsd19 Involved in Biosynthesis of the Ionophore Antibiotic Lasalocid A. (2010)
  • Author(s): Y.Matsuura, Y.Shichijo, A.Minami, A.Migita, H.Oguri, M.Watanabe, T.Tokiwano, K.Watanabe, H.Oikawa
  • Journal Title: Org.Lett Volume: Vol.12, No.10 Pages: 2226-2229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reconstruction of the Saframycin Core Scaffold Defines Dual Pictet-Spengler Mechanisms. (2010)
  • Author(s): K.Koketsu, K.Watanabe, H.Suda, H.Oguri, H.Oikawa
  • Journal Title: Nat.Chem.Biol. Volume: Vol.6, No.6 Pages: 408-410
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生合成マシナリー:生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御 (2011)
  • Author(s): 及川英秋
  • Organizer: 新学術領域研究「生合成マシナリー」第一回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2011-01-08
• [Presentation] Detailed Mechanism on the Enzymatic Polyether Formation (2010)
  • Author(s): Hideaki Oikawa
  • Organizer: Pacifichem 2010 Symposium on Biosynthesis of Natural Products
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA(招待講演)
  • Year and Date: 20101215-20101220
• [Presentation] Recent progress on the biosynthesis of peptide antitumor antibiotics (2010)
  • Author(s): Hideaki Oikawa
  • Organizer: Pacifichem 2010 Symposium on Recent Advances in Natural Products as Anticancer Agents
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA(招待講演)
  • Year and Date: 20101215-20101220
• [Presentation] Highly unusual iterative use of NRPS involved in the biosynthesis of saframycin (2010)
  • Author(s): Hideaki Oikawa
  • Organizer: Directed Biosynthesis II
  • Place of Presentation: Durham, UK(招待講演)
  • Year and Date: 20100915-20100917
• [Presentation] 生合成マシナリー:生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御 (2010)
  • Author(s): 及川英秋
  • Organizer: 北海道大学大学院農学研究院寄附分野講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Book] "The Diels-Alderase never ending story." in Biomimetic Organic Synthesis, Vol.II (2011)
  • Author(s): Minami, A., Oikawa, H.
  • Publisher: (in press)
• [Book] "Diels-Alderases." in Comprehensive Natural Products Chemistry II (2010)
  • Author(s): Oikawa, H.
  • Total Pages: 38
  • Publisher: Elsevier.