2020 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, 特任准教授 (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 |
AmCPを介したリジン生合成系において、リジン生合成主要遺伝子クラスターに存在するAmCPホモログLysVはその遺伝子破壊によっても生育に影響が出ないことから、機能が不明であったが、各生合成酵素と相互作用し、生合成を調節する可能性があることが明らかになった。
DADHの末端水酸基がVzb21によってスルホン化された後、αアミノ基がVzb12によってアセチル化され、その後Vzb10/11によりスルホン化された末端水酸基とδアミノ基の間でアジリジン環構造が形成され、その後に保護基のアセチル基が除去されることが明らかになった。その中で、Vzb10/11の反応機構の詳細の解明を目指し、そのホモログであるAziU2/U3の結晶構造の決定に成功した。これに結合することが期待される基質中間体、アナログを化学合成した。
ficellomycinの抗細菌活性に必須なグアニジル化機構を解明することに成功した。
s56-p1で見出したN-N結合合成酵素の反応機構の解析を行った。現在までにGlyがアデニリル化により活性化されて、Nε水酸化リジンと結合することが明らかになっている。
一方、これまでとは異なる新しいタイプのAmCPが抗生物質マレイマイシンの生合成に関わることも明らかになってきている。各種解析によりAmCP-グルタミン酸セミアルデヒド(GSA)のGSA部分が新規の3炭素付加反応によりAHXOと命名した新規アミノ酸へと変換されることが分かった。
これまでにAmCP遺伝子クラスターが放線菌に多数存在することが明らかになってきた。これらのうち、これまでに分かっているDADHやAHXOの新規非タンパク質性アミノ酸以外の中間体を経て二次代謝産物を生合成することが期待される遺伝子クラスターの解析を進めている。現在までに、それらが生合成すると考えられる複数の化合物の検出に成功している。
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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、対象とした多くの遺伝子クラスターで、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が必要である。それらについても、様々な候補基質を用いた反応を試行錯誤することで、アッセイ系の確立だけではなく、基質の同定にも成功している。これには、各遺伝子破壊株から単離した生合成中間体の活用も重要な要素となっている。結晶化については、まだ全てに成功しているわけではないが、ホモログや部分欠失体に作製することなどを通して、良好な結晶が得られているものも多い。唯一、難航しているのが、SerratiaにおけるAmCPクラスターの機能解析である。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ものまでは合成されるが、その後の反応が進んでいない。現在は、異なる属の細菌の同機能クラスターの解析を進めている。Serratiaで蓄積された知見が有効に機能するものと期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
Serratiaの遺伝子クラスターについては、上述したような対象の変換を行っているところであるが、研究全体として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、概ね当初の予定通りに研究を行うことを想定している。これまで全く知られていない発見を含む大きな成果が順調に蓄積してきている。新規性が高い研究対象が多く、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っているが、それに関しても十分なデータを整え次第、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いるが、昨年度に引き続き、新型コロナウィルスの感染拡大に伴う各種の措置の中、時間をやりくりして何とか研究を進展させてきている。引き続き研究の進展が遅れることがないよう研究者の健康状態をきちんと管理しながら、取り組んでいきたい。
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[Journal Article] Involvement of subdomain II in the recognition of acetyl-CoA revealed by the crystal structure of homocitrate synthase from Sulfolobus acidocaldarius2021
Author(s)
Suzuki, T., Tomita, T., Hirayama, K., Suzuki, M., Kuzuyama, T., and Nishiyama M.
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Journal Title
FEBS Journal
Volume: 288
Pages: 1975-1988
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Guanidyl modification of the 1-azabicyclo[3.1.0]hexane ring in ficellomycin essential for its biological activity2020
Author(s)
Kurosawa, S., Matsuda, K., Hasebe, F., Shiraishi, T., Shin-ya, K., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
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Journal Title
Organic and Biomolecular Chemistry
Volume: 15
Pages: 5137-5144
DOI
Peer Reviewed
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