2015 Fiscal Year Annual Research Report
微生物二次代謝遺伝子の改変、覚醒による新規生物活性物質の創出
Project/Area Number |
15H02445
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
長田 裕之 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 副センター長 (80160836)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 直樹 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (90442946)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | 生物活性物質 / ケミカルバイオロジー / 二次代謝産物 |
Outline of Annual Research Achievements |
天然物、特に微生物代謝産物から、抗生物質、抗がん剤、免疫抑制剤など多くの医薬品が開発されてきた。近年、合成化合物が創薬の探索源として用いられることが多いが、生物活性の強さ、構造多様性では天然物が優れている。本研究では、我々が構築してきた新世代ケミカルバイオロジー研究基盤を利用して新規生物活性物質の創出を目指している。 今年度は、パスウェイ工学、およびNPPlotデータベースを駆使し、新規微生物代謝産物の取得に取り組んだ。リベロマイシン、テルペンドール、フミトレモルジン等の有用代謝物生合成経路の改変により、これまで生物活性評価の対象とされてこなかった生合成中間体などの関連化合物を収集した。さらには、バーティシラクタムやフサリセチン、テヌアゾン酸など、今後の有用代謝産物探索に資する新規生合成遺伝子クラスターを発見した。NPPlotデータベースの活用により、迅速かつ効率的な新規化合物探索が可能となり、当研究室が保有する有用代謝物生産菌株の培養物の中から、新規オキシインドール類の取得に成功している。リベロマイシン生産を制御する転写因子ネットワークの解析により、遺伝子クラスターに含まれる転写因子の中で主要な役割を担うマスター制御因子を同定した。MorphoBase拡張の一環として、真菌版MorphoBase構築に取り組んだ。本課題で取得した新規化合物の生物活性評価を行い、高次評価に資する候補化合物を見出した。
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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
I. 新規微生物代謝産物の取得(1)パスウェイ工学による代謝産物取得:これまで生合成機構解析に用いてきたリベロマイシン生産菌、テルペンドール生産菌、およびフミトレモルジン生産菌に由来する遺伝子破壊株において蓄積する中間産物とその関連化合物30種類を収集した。さらには、バーティシラクタムやフサリセチン、テヌアゾン酸など、NPPlotデータベースの活用等により見出した有用微生物代謝物の生合成遺伝子クラスターの同定に成功した。(2)バイオメディエーター探索系構築:リベロマイシン生合成遺伝子クラスターを制御する転写因子ネットワーク解明を進め、生産調節に中心的に機能する経路特異的制御遺伝子を同定した。その支配下にある遺伝子プロモーターを用いたGUSレポーターアッセイ系を構築した。(3)NPPlotデータベースを活用した新規化合物取得:我々が保有する有用代謝物生産菌株の培養物を分析しNPPlotデータベースと照合することで、新規化合物探索を行った。その結果、新規オキシインドール類の取得に成功した。 II. 生物活性物質の探索(4)MorphoBaseの拡張:MorphoBaseの手法を真菌(イネいもち病菌Magnaporthe oryzaeと深在性真菌症原因菌Aspergillus fumigatus)へ適用し、既存抗真菌薬が誘導する形態変化を収集し、真菌版MorphoBaseの構築に取り組んだ。また近年報告のあった新しい分子標的薬を用いて、データベースの拡充を行った。(5)生物活性評価:本課題で取得された新規化合物について、様々ながん細胞や各種真菌に対する増殖阻害活性、形態変化誘導活性の評価を行った。特徴的な化合物については、MorphoBaseやChemProteoBaseによる評価に加え、分化誘導活性、抗細菌活性や抗原虫活性などについても検討を行った。
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Strategy for Future Research Activity |
前年度に得られた成果を基に、今年度も緊密に連携し以下の研究課題を推進する。 I. 新規微生物代謝産物の取得(1)NPPlotデータベースを活用した新規化合物取得:前年度に引き続き、NPPlotデータベースを活用した新規化合物探索に取り組む。(2)新規化合物生合成経路のパスウェイ工学:前年度までの解析により見出した新規化合物の生産菌ゲノム解読を行い、生合成遺伝子クラスターを同定する。遺伝子破壊実験を行うことで生合成経路の全容を明らかにするとともに、中間産物やシャント代謝物を含め関連化合物の網羅的な収集を試みる。(3)制御系改変による遺伝子クラスター活性化:前年度の解析で見出した、リベロマイシン生産における主要制御遺伝子の活性化により高生産を試みる。それに加え、上の項目の新規遺伝子クラスター内に経路特異的制御遺伝子が含まれる場合には、それらを改変することで、目的化合物の安定的高生産を図る。(4)バイオメディエーターによる遺伝子クラスター活性化:前年度構築を行ったアッセイ系を用い、リベロマイシン生合成遺伝子の発現を活性化する小分子化合物をスクリーニングする。 II. 生物活性物質の探索(5)MorphoBaseを用いたハイコンテントスクリーニング:前年度構築した真菌版MorphoBaseを用い、新規作用機序を有する抗真菌物質の探索を行う。(6)ChemProteoBaseによる作用機序予測:前年度取得した化合物の中から興味深い生物活性を示すものをいくつか選定し、MorphoBaseやChemProteoBaseなどの高次評価に供し、既存薬とは異なる標的を持つことが期待される化合物を絞り込む。既存のクレードに分類された化合物でも化学構造や活性の強さで優位性があれば、生化学的にその効果を検証し、医薬・農薬シーズとしての可能性を検討する。
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[Journal Article] Epiblastin A Induces Reprogramming of Epiblast Stem Cells Into Embryonic Stem Cells by Inhibition of Casein Kinase 12016
Author(s)
Ursu A, Illich DJ, Takemoto Y, Porfetye AT, Zhang M, Brockmeyer A, Janning P, Watanabe N, Osada H, Vetter IR, Ziegler S, Schöler HR, Waldmann H
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Journal Title
Cell Chem Biol
Volume: 23
Pages: 494-507
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] New Cyclic Lipopeptides of the Iturin Class Produced by Saltern-Derived Bacillus sp. KCB14S0062016
Author(s)
Son S, Ko SK, Jang M, Kim JW, Kim GS, Lee JK, Jeon ES, Futamura Y, Ryoo IJ, Lee JS, Oh H, Hong YS, Kim BY, Takahashi S, Osada H, Jang JH, Ahn JS.
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Journal Title
Mar Drugs
Volume: 14
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Structures and biological activities of azaphilones produced by Penicillium sp. KCB11A109 from a ginseng field2016
Author(s)
Son S, Ko SK, Kim JW, Lee JK, Jang M, Ryoo IJ, Hwang GJ, Kwon MC, Shin KS, Futamura Y, Hong YS, Oh H, Kim BY, Ueki M, Takahashi S, Osada H, Jang JH, Ahn JS.
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Journal Title
Phytochemistry
Volume: 122
Pages: 154-164
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Reveromycin A Administration Prevents Alveolar Bone Loss in Osteoprotegerin Knockout Mice with Periodontal Disease2015
Author(s)
Mizuno M, Miyazawa K, Tabuchi M, Tanaka M, Yoshizako M, Minamoto C, Torii Y, Tamaoka Y, Kawatani M, Osada H, Maeda H, Goto S
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 5
Pages: 16510
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Haenamindole, an unusual diketopiperazine derivative from a marine-derived Penicillium sp. KCB12F0052015
Author(s)
Kim JW, Ko SK, Son S, Shin KS, Ryoo IJ, Hong YS, Oh H, Hwang BY, Hirota H, Takahashi S, Kim BY, Osada H, Jang JH, Ahn JS
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Journal Title
Bioorg Med Chem Lett
Volume: 25
Pages: 5398-5401
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] RK-270A-C, new oxindole derivatives isolated from a microbial metabolites fraction library of Streptomyces sp. RK85-2702015
Author(s)
Jang JP, Nogawa T, Uramoto M, Okano A, Futamura Y, Shimizu T, Takahashi S, Jang JH, Ahn JS, Osada H
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Journal Title
J Antibiot
Volume: 68
Pages: 293-295
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 真菌の形態変化を指標とした抗真菌物質の探索研究2016
Author(s)
山本 甲斐, 二村 友史, 植木 雅志, 鈴木 龍一郎, 白瀧 義明, 長田裕之
Organizer
日本農芸化学会 2016年度大会
Place of Presentation
札幌コンベンションセンター 札幌市産業振興センター (北海道札幌市)
Year and Date
2016-03-27 – 2016-03-30
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[Presentation] 抗生物質学のすすめ2016
Author(s)
長田 裕之
Organizer
第42回 農芸化学「化学と生物」シンポジウム
Place of Presentation
札幌市教育文化会館 (北海道札幌市)
Year and Date
2016-03-27
Invited
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[Presentation] Bioactive compounds from Plant Roots2016
Author(s)
Otaka J, Futamura Y, Osada H
Organizer
The 8th Korea-Japan Chemical Biology symposium
Place of Presentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Naha, Okinawa, Japan)
Year and Date
2016-01-19
Int'l Joint Research
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[Presentation] Screening of novel antimalarial agents2015
Author(s)
Hiroyuki Osada
Organizer
Finding Strengthening Plan of Global Network on Science, Technology and ICT, with the OECD Ministerial Meeting Daejeon 2015
Place of Presentation
Daejeon Convention Center (Daejeon, Korea)
Year and Date
2015-10-20 – 2015-10-21
Int'l Joint Research / Invited
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