2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of versatile synthesis for fungal natural products by reconstitution of biosynthetic machinery
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15H01835
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
及川 英秋 北海道大学, 理学研究院, 教授 (00185175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南 篤志 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40507191)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生合成 / 天然物 / テルペン / ペプチド / 麹菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度生産菌のゲノム解析から取得した抗生物質プロイロムチリンの生合成遺伝子クラスターを用い、合計7種ある遺伝子を麹菌で異種発現した。まずGGPP合成酵素、環化酵素遺伝子ple3/ple4を導入した株から、プロイロムチリンの骨格を持つ中間体プレムチリンを単離した。次いで大腸菌で大量発現したPle4、そのN-末及びC-末ドメイン変異株を用いて、直鎖前駆体ゲラニルゲラニル二リン酸から５－６員環の二環性骨格中間体を経て、プロイロムチリンに至る環化機構を解明した。さらに３種の酸化酵素遺伝子Ple2/Ple5/Ple6の導入株が、環化中間体からムチリンを、Ple1/Ple2の導入株がさらなる変換（アシル基転移／水酸化）することによりプロイロムチリンに変換されることを見出した。本成果はキノコ代謝産物に関して全経路を解明しながら異種生産を行った世界初の例となった。
キノコを除く糸状菌から初めて見つかったリボソーム依存性ペプチドであるウスチロキシン に関して、推定した生合成経路に基づき実験を行った。前駆体ペプチドustAと3種の予想酸化酵素ustQ/ustYa/ustYbをコードする遺伝子を導入した麹菌株は、最初の単離可能な中間体N-デメチルウスチロキシン Fを生産した。これにより糸状菌リボソーム依存性ペプチドに特徴的な大環状エーテルは、酸化的閉環により形成されることを明らかにした。ウスチロキシンのユニークな芳香環側鎖の導入機構は、予想された3種の組換え酵素ustF1/F2/Dを用いて機能解析を行い、非常に興味深いヘテロ原子の酸化や脱炭酸が関わる変換反応を見出した。
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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
麹菌異種発現系による機能解析を鍵として、糸状菌由来の新規ペプチドの汎用性が期待される生産法、キノコでは主要な代謝産物となるテルペンの生産法が提案できた。植物病原菌の代謝産物に関しては、予備実験を繰り返し、標的クラスターを絞り込んだ。計画立案時の予定通り、プロジェクトは進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
C25テルペン、RiPPs、キノコテルペンの異種生産例を増やすとともに、植物病原菌が感染時特異的に発現している生合成遺伝子クラスターを複数個解析中であり、その生成物の生合成経路を決定しながら、物質生産、さらにはその生物活性を調査する予定である。
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[Journal Article] Unveiling the Biosynthetic Pathway of the Ribosomally Synthesized and Post-translationally Modified Peptide Ustiloxin B in Filamentous Fungi.2016
Author(s)
Y. Ye, A. Minami, Y. Igarashi, M. Izumikawa, M. Umemura, N. Nagano, M. Machida, T. Kawahara, K. Shin-ya, K. Gomi, H. Oikawa
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Journal Title
Angewandte Chemie-International Edition
Volume: 55
Pages: 8072-8075
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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