2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on mechanisms of biosynthesis of biomolecules via amino-group carrier protein and expansion of structural diversity of secondary metabolites
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17H06168
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西山 真 東京大学, 生物生産工学研究センター, 教授 (00208240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富田 武郎 東京大学, 生物生産工学研究センター, 助教 (50447364)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | アミノ基キャリアタンパク質 / 生合成 / アミノ酸 / 二次代謝産物 / 構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．一次代謝生合成マシナリーの構造基盤 S. acidocaldariusのホモクエン酸合成酵素のC末端に付加したRAMドメインにリジンを結合することによりフィードバック阻害を受けることを明らかにした。
２．アザビシクロ(Azc)環の形成・修飾機構 Azc環形成反応において、アジリジン環合成を行うVzb10・Vzb11複合体のホモログAziU3・AziU2複合体について、1.9オングストローム分解能での回折データを取得した。各生合成遺伝子クラスターの比較を基に、Fic13、Fic16、Fic36が、酸化還元酵素、オルニチンアミノ基転移酵素、アミジノ転移酵素として機能して、グアニジル基が付加したアザビシクロ環含有アミノ酸が生合成され、Fic15がそれとValを結合し、ficellomycinが生合成されることを明らかにした。s56-p1におけるAzc環の修飾基はN-N結合を有し、それがグリシンをアデニリル化で活性化し、それと水酸化リジンとの間でエステル中間体の形成を経て、N-N結合が形成されることが明らかになりつつある。
３．Type II AmCPを介して生合成される天然化合物 抗生物質マレイマイシンの生合成機構の解析を行った。その結果、AmCPのC末端のグルタミン残基がグルタミン酸へと変換された後に、グルタミン酸が付加され、側鎖のリン酸化、還元反応が起きる。その後は、3炭素分がホモクエン酸合成酵素(HCS)ホモログにより増炭され、生合成が進行することを明らかにした。
４．放線菌以外でAmCPを介して生合成される天然化合物 Serratia sp. ATCC39006では、AmCPのC末端にグルタミン酸が付加された後、リン酸化、還元を経てセミアルデヒド型中間体が生成した後、2アミノ5,7ジヒドロキシ6オキソヘプタン酸が付加した中間体を生成することを明らかにした。
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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
本研究は、１）一次代謝生合成マシナリーの構造基盤、２）アザビシクロ(Azc)環の形成・修飾機構、３）Type II AmCPを介して生合成される天然化合物、４）放線菌以外でAmCPを介して生合成される天然化合物、の4つの大項目の下に研究を行っている。それぞれの項目について、概ね順調な研究成果を挙げてきたと言える。生合成中間体の構造解析は難しい点であったが、生合成機能を持つ元株や、同遺伝子クラスターを導入した異種発現株を用いて、多くの遺伝子破壊株の取得に成功し、その難局を乗り越えつつある。また、生合成酵素の機能解析には各酵素の酵素活性の検出と同時に立体構造情報が必要である。それらについても、生合成中間体が精製出来たものに関しては、それを用いた酵素アッセイ系の確立にも成功している。結晶化については、試行錯誤を繰り返しており、ホモログや部分欠失体に作製することなどを通して、幾つかに関しては、良好な結晶が得られている。また、中間体が大量に得られないものに関しては、中間体そのもの、あるいはその類似物を有機合成し、酵素アッセイ系や結晶構造解析に用いる体制を整えた。これらを総合的に判断すれば、今後は予想を超える成果につながると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の方向性や手法を大きく変更する必要性は感じておらず、当初の予定通りに研究を行うことを想定している。新規性が高い研究が多く、報告には慎重になるため、得られた成果の投稿論文化が課題となるが、それに関しても十分なデータを揃えて世界へ発信していく。上述したように、これまでの研究は概ね順調に進展しており、今後は予想を超える成果につながる可能性を考えているが、令和元年度終盤及び令和2年度の新型コロナウィルスの感染拡大に伴う外出自粛要請により、現在は全ての研究が停止している。その影響が今後出てくるものと予想されるが、自粛要請解除後に速やかに研究を遂行できる体制を整えていきたい。
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[Journal Article] A novel suicide enzyme catalyzes multiple reactions in a single active site for biotin biosynthesis in cyanobacteria2020
Author(s)
Sakaki, K., Ohishi, K., Shimizu, T., Kobayashi, I., Mori, N., Matsuda, K., Tomita, T., Watanabe, H., Tanaka, K., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
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Journal Title
Nature Chemical Biology
Volume: 16
Pages: 415-422
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Biochemical characterization of archaeal homocitrate synthase from Sulfolobus acidocaldarius2019
Author(s)
Suzuki, T., Akiyama, N., Ayako, Y., Tomita, T., Lassak, K., Haurat, M. F., Okada, T., Takahashi, K., Albers, S.-V., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
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Journal Title
FEBS Letters
Volume: 594
Pages: 126-134
DOI
Peer Reviewed
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