新規ワンポット反応の発見を起点としたホタルルシフェリンの生合成の全容解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16J03104
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 蟹江 秀星 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2018-03-31
• Keywords: ホタル / ルシフェリン / 生合成

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではホタルルシフェリンの①生合成中間体の特定（生合成経路の解明）と②生合成酵素およびその酵素がコードされている遺伝子の特定を目的とする。
平成28年度は安定同位体標識した生合成中間体の候補化合物を化学合成し、それら合成した標識体のホタル生体への取り込み実験により①生合成中間体の特定を試みた。生合成中間体の候補化合物はホタルルシフェリンの生合成との関連が示唆される有機化学的な現象を基にして予想した。その現象は実施者がこれまでに発見した現象であり、その現象の発見に関する成果については平成28年度に論文として発表した（Kanie et al., 2016）。予想した生合成中間体の候補化合物の標識体の合成に関して、一部については合成を進めていく中で当初計画していたそれらの合成中間体が不安定であることが分かり、合成が難航している。しかしながら、一番の目的としていた標識体を含むいくつかの標識体の合成は完了した。合成が完了した標識体についてはこれまでに実施者らが確立している方法によりホタル生体へと取り込ませ、それらがホタル体内でホタルルシフェリンへと変換されるか否かを質量分析により調べた。残念ながら、現時点ではこれまでに取り込みを行った標識体のホタルルシフェリンへのホタル生体内での変換は確認できておらず、生合成中間体の特定には至っていない。現在は取り込み実験に用いる生合成中間体の候補化合物のさらなる検討を行うとともに、ホタルルシフェリンがホタルのどの成長段階で活発に生合成されているのかという点に注目し、取り込み実験を継続している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成28年度に目標としていた生合成中間体の特定まで至らなかったため。その原因として、取り込み実験に用いる予定であった一部の標識体の合成に大幅な時間をとってしまい、取り込み実験への取り組みが遅れたことがあげられる。しかしながら、ホタル生体への安定同位体標識体の取り込み実験に関して、手法的には問題なく行うことができているため、実験を継続していくことで生合成中間体の特定を十分に目指すことができると考えている。

Strategy for Future Research Activity

これまでのホタルルシフェリンの取り込み実験の結果と所属研究室で行われたホタルの各成長段階でのホタルルシフェリンの保有量の解析結果の両方を踏まえると、ホタルルシフェリンの生合成を明らかにするためにはホタルの成長段階に注目することが必要であると考えている。そこで、今後の取り込み実験や生合成酵素の特定に向けた実験は様々な成長段階のホタルを用いて行う予定である。様々な成長段階のホタルの入手については、研究室でヘイケボタルの完全飼育系を確立していることに加え、ヘイケボタルを長年飼育している方の協力も得られているため、目途がたっている。あらゆる可能性を考え、生合成中間体と生合成酵素の特定を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Mechanism and color modulation of fungal bioluminescence (2017)
  • Author(s): Kaskova, Z., Dorr, F., Petushkov, V., Purtov, K., Tsarkova, A., Rodionova, N., Mineev, K., Guglya, E., Kotlobay, A., Baleeva, N., Baranov, M., Areseniev, A., Gitelson, J., Lukyanov, S., Suzuki, Y., Kanie, S., Pinto, E., Mascio, P. D., Waldenmaier, H., Pereira, T., Carvalho, R., Oliveira, A., Oba, Y., et al.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 3 Pages: e1602847
  • DOI: 10.1126/sciadv.1602847
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] One-pot non-enzymatic formation of firefly luciferin in a neutral buffer from p-benzoquinone and cysteine (2016)
  • Author(s): Kanie, S., Nishikawa, T., Ojika, M., and Oba, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 24794
  • DOI: 10.1038/srep24794
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] p-ベンゾキノンとシステインからのホタルルシフェリンの非酵素的ワンポット生成 (2016)
  • Author(s): 蟹江秀星, 西川俊夫, 小鹿一, 大場裕一
  • Organizer: 第58回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 仙台, 宮城
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [Presentation] One-pot non-enzymatic formation of firefly luciferin from p-benzoquinone and cysteine in aqueous solution (2016)
  • Author(s): Kanie, S., Nishikawa, T., Ojika, M., and Oba, Y.
  • Organizer: 19th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2016-05-29 – 2016-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes of the D- and L- firefly luciferin ratio on the growth stages of the Japanese firefly, Luciola lateralis (2016)
  • Author(s): Nakai, R., Kanie, S., Ikeya, H., Oba, Y.
  • Organizer: 19th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2016-05-29 – 2016-06-02
  • Int'l Joint Research