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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of the biosynthetic pathways of tetrodotoxin and saxitoxin based on the intermediates

Research Project

Project/Area Number 17H03809
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

山下 まり  東北大学, 農学研究科, 教授 (50192430)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsテトロドトキシン / サキシトキシン / 生合成 / LC/MS
Outline of Annual Research Achievements

1. フグに存在する新規テトロドトキシン(TTX)関連化合物とその類似化合物群の単離、構造決定、生合成経路の推定
有毒フグ抽出物を詳細にLC-MS/MS解析を行なうことにより、新規のTTX関連化合物が数種みつかった。これらのフグ中の含有量はTTXに比べて少ないが、LC/MSでの分析方法や分離方法を確立し、数種について単離し構造決定した。特に、ハチノジフグTetraodon biocellatusに一連の新規スピログアニジノ化合物を見出した。その化合物は酸化状態は様々であり、段階的に酸化されて、TTX類縁体になる生合成経路が考えられ、TTX生合成経路の考察を深めた。さらに、類似化合物が微量だがみつかったので、HR-MS/MSや各種NMRにて構造を推定し、相対立体化学は化学合成を行って決定した。この化合物はTTX生合成の現在見つかっている推定中間体の中で最も上流に位置すると考えられた。
2. 麻痺性貝毒サキシトキシン(STX)の生合成研究
STXの中期の生合成経路の解明: Neilanらが有毒藍藻の生合成遺伝子から予想された経路ではうまく環化反応は説明できない。そこで新たな環化前駆体を予測し、それに関わる予測生合成中間体の11-hydroxy Int-C’2と予想中間体Int-E’を化学合成した。また、二環性の予測中間体の合成方法をさらに検討した。次に、これらが有毒微生物に存在するのかどうかをHR-LC/MS分析した。その結果、11-hydroxy Int-C’2とInt-E’は麻痺性貝毒STX類縁体を生産する藍藻に存在することが証明できた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

TTXの生合成研究においては、TTXの生合成経路を予測する上で重要な新規スピログアニジノ化合物群を、海洋生物の膨大なスクリーニングの末に見出した。そして非常に微量であったが、単離し、構造決定をすることができた。その化合物群の構造は、これまで見つかっていたTTX類縁体とは違い、さらに上流の生合成経路を予測することができるものであったため、うまく研究が進捗したと考えられる。
STXの生合成研究においても、STXの三環を形成するに関わる前駆体と考えられる11-hydroxy-IntC’2を化学合成できた。また、三環を形成したあとと予測されるInt-E’も化学合成できた。それらを有毒藍藻からLC-MSで同定できたので、研究が進捗したと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

TTX生合成研究においては、今回見つかった新規スピログアニジノ化合物が海洋生物に広く分布するのかどうかを調べてTTX生合成に深く関わるのかどうかを考察する。さらに、構造未決定の新規スピログアニジノ化合物があるので、これを単離、構造決定する。また、スピログアニジノ化合物以外のTTX関連化合物も海洋生物から見つかっているので、これについて精製を進めて、構造決定を試みる。そして、それらの化学構造からさらにTTX生合成について考察を進める。
STX生合成においては、STX類縁体生合成で、硫酸化やケトンを形成する反応の順番についてヒントを与える化合物群を探索、単離、構造決定し、考察する。

  • Research Products

    (28 results)

All 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 9 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] フランクフルト大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      フランクフルト大学
  • [Journal Article] A new sarasinoside congener, sarasinoside M2, from a marine sponge collected in the Solomon Islands2017

    • Author(s)
      Puilingi Clyde Gorapava、Kudo Yuta、Cho Yuko、Konoki Keiichi、Yotsu-Yamashita Mari*
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 81 Pages: 222~225

    • DOI

      dx.doi.org/10.1080/09168451.2016.1246172

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Inhibition of veratridine-induced delayed inactivation of the voltage-sensitive sodium channel by synthetic analogs of crambescin B2017

    • Author(s)
      Tsukamoto Tadaaki、Chiba Yukie、Nakazaki Atsuo、Ishikawa Yuki、Nakane Yoshiki、Cho Yuko、Yotsu-Yamashita Mari、Nishikawa Toshio、Wakamori Minoru、Konoki Keiichi*
    • Journal Title

      Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters

      Volume: 27 Pages: 1247~1251

    • DOI

      dx.doi.org/10.1016/j.bmcl.2017.01.054

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Identification of Key Biosynthetic Intermediates for the Formation of the Tricyclic Skeleton of Saxitoxin2017

    • Author(s)
      Tsuchiya Shigeki、Cho Yuko、Yoshioka Renpei、Konoki Keiichi、Nagasawa Kazuo、Oshima Yasukatsu、Yotsu-Yamashita Mari*
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 56 Pages: 5327~5331

    • DOI

      doi.org/10.1002/anie.201612461

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tetrodotoxin in Asian newts (Salamandridae)2017

    • Author(s)
      Yotsu-Yamashita Mari、Toennes Stefan W.、Mebs Dietrich*
    • Journal Title

      Toxicon

      Volume: 134 Pages: 14~17

    • DOI

      doi: 10.1016/j.toxicon.2017.05.014

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dietary administration of tetrodotoxin and its putative biosynthetic intermediates to the captive-reared non-toxic Japanese fire-bellied newt, Cynops pyrrhogaster2017

    • Author(s)
      Kudo Yuta、Chiba Chikafumi、Konoki Keiichi、Cho Yuko、Yotsu-Yamashita Mari*
    • Journal Title

      Toxicon

      Volume: 137 Pages: 78~82

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.toxicon.2017.07.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential binding of tetrodotoxin and its derivatives to voltage-sensitive sodium channel subtypes (Nav1.1 to Nav1.7)2017

    • Author(s)
      Tsukamoto Tadaaki、Chiba Yukie、Wakamori Minoru、Yamada Tomoshi、Tsunogae Shunsuke、Cho Yuko、Sakakibara Ryo、Imazu Takuya、Tokoro Shouta、Satake Yoshiki、Adachi Masaatsu、Nishikawa Toshio、Yotsu-Yamashita Mari、Konoki Keiichi*
    • Journal Title

      British Journal of Pharmacology

      Volume: 174 Pages: 3881~3892

    • DOI

      doi.org/10.1111/bph.13985

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Total Synthesis of Polycavernosides A and B, Two Lethal Toxins from Red Alga2017

    • Author(s)
      Iwasaki Kotaro、Sasaki Satori、Kasai Yusuke、Kawashima Yuki、Sasaki Shohei、Ito Takanori、Yotsu-Yamashita Mari、Sasaki Makoto*
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 82 Pages: 13204~13219

    • DOI

      10.1021/acs.joc.7b02293

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 貝毒,魚毒,腔腸動物の毒 神経毒とNeuroscience 20172017

    • Author(s)
      山下まり,此木敬一
    • Journal Title

      臨床神経科学,Clinical Neuroscience

      Volume: 35 Pages: 1443~1448

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Taricha granulosa (Rough-Skinned Newt) Predation2017

    • Author(s)
      Dietrich Mebs* and Mari Yotsu-Yamashita
    • Journal Title

      Herpetological Review

      Volume: 48 Pages: 828~829

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biosynthetic pathway of saxitoxin based on the structures of its intermediate2017

    • Author(s)
      ○Mari Yotsu-Yamashita, Shigeki Tsuchiya, Yuko Cho, Keiichi Konoki, and Yasukatsu Oshima.
    • Organizer
      The JSFS 85th Anniversary-Commemorative International Symposium “Fisheries Science for Future Generations”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Prediction of Biosynthetic Pathways of Tetrodotoxin and Saxitoxin Based on the Structures of Intermediates.2017

    • Author(s)
      M. Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      The 5th Tohoku University (TU)-Dalian University of Technology (DUT) Joint Symposium on Chemistry.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] フグ毒の生合成経路解明へのアプローチ2017

    • Author(s)
      山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会創立100周年に向けたシンポジウム,Visionary農芸化学100シンポジウム 天然物化学領域 第一回「生命現象に介在する天然物の化学」
    • Invited
  • [Presentation] 化学的手法による天然毒の生合成研究2017

    • Author(s)
      山下まり
    • Organizer
      第34回有機合成化学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 食中毒を引き起こす海洋生物毒と対応策の進展2017

    • Author(s)
      山下まり
    • Organizer
      五大学共同開催フォーラム第7回食の安全研究ホットトピックス
    • Invited
  • [Presentation] 化学的手法による天然毒の生合成研究2017

    • Author(s)
      山下まり
    • Organizer
      名古屋大学大学院生命農学研究科セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 渦鞭毛藻Alexandrium tamarense有毒,無毒株比較研究,推定STX生合成酵素SxtAの免疫化学的手法によるタンパク発現解析2017

    • Author(s)
      ○長 由扶子,土屋成輝,日出間志寿,大村卓朗,小池一彦,及川 寛,此木敬一,大島泰克,山下まり
    • Organizer
      平成29年度日本水産学会春季大会
  • [Presentation] モヨウフグ(Arothron)属3種およびオキナワフグ(Chelonodon patoca)血漿中のテトロドトキシン類とPSTBP類似タンパク質の解析2017

    • Author(s)
      長岡佑真,村本光二,長 由扶子,此木敬一,○山下まり
    • Organizer
      平成29年度日本水産学会春季大会
  • [Presentation] 記憶喪失性貝毒ドウモイ酸新規関連化合物の探索2017

    • Author(s)
      ○海老根 優香理,小瀧裕一,寺田竜太,長 由扶子,此木敬一,山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
  • [Presentation] 有毒藍藻 Anabaena circinalis (TA04)からの未知麻痺性貝毒サキシトキシン類縁体の探索2017

    • Author(s)
      ○美野輪 高之,長 由扶子,土屋成輝,此木敬一,大島泰克,山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
  • [Presentation] フグにおける新規テトロドトキシン関連化合物の探索2017

    • Author(s)
      ○上山 望,杉本敬太,長 由扶子,此木敬一,山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
  • [Presentation] クロイソカイメン共生菌が生産する新規有毒二次代謝産物の探索2017

    • Author(s)
      ○菊池 颯,岡田華弥,長 由扶子,山下まり,此木敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
  • [Presentation] ベラトリジンによる電位依存性ナトリウムチャネルの不活性化遅延作用に対するクランベシンB類縁体の抑制効果2017

    • Author(s)
      ○塚本匡顕,千葉雪絵,中崎敦夫,石川裕生,中根嘉祈,長 由扶子,西川俊夫,山下まり,此木敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
  • [Presentation] 電位依存性Na+チャネルに対するCrambescin B誘導体の阻害活性2017

    • Author(s)
      塚本匡顕,千葉雪絵,中崎敦夫,石川裕生,中根嘉祈,長由扶子,西川俊夫,山下まり,○此木敬一
    • Organizer
      第12回化学生態学研究会
  • [Presentation] フグのテトロドトキシン関連化合物の構造と推定生合成経路2017

    • Author(s)
      ○上山 望,杉本敬太,西川俊夫,長 由扶子,此木敬一,山下まり
    • Organizer
      第28回万有仙台シンポジウム
  • [Presentation] フグの新規スピロ環状グアニジノ化合物の単離,構造決定と海産テトロドトキシンの生合成経路の推定2017

    • Author(s)
      ○上山 望,杉本敬太,工藤雄大,長 由扶子,此木敬一,西川俊夫,山下まり
    • Organizer
      第59回天然有機化合物討論会
  • [Presentation] フグ由来のテトロドトキシン関連化合物の合成2017

    • Author(s)
      ○杉本敬太,上山 望,長 由扶子,此木敬一,西川俊夫,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部第152回大会
  • [Remarks] 東北大学大学院農学研究科天然物生命化学分野HP

    • URL

      http://www.agri.tohoku.ac.jp/bukka/index-j.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

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