2020 Fiscal Year Annual Research Report
Synthetic biology for antitumor lignan biosynthesis
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18H02255
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
梅澤 俊明 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80151926)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飛松 裕基 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リグナン / 合成生物学 / ポドフィロトキシン / 抗腫瘍性 / 生合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポドフィロトキシンは、抗腫瘍性リグナンであり、抗がん薬の生産原料として用いられている重要化合物である。抗がん薬生産用のポドフィロトキシンは、天然産ヒマラヤハッカクレン（メギ科）から抽出されているが、その生物工学的生産が希求されている。近年研究代表者らは、ポドフィロトキシンの生合成経路が植物種により異なり、それぞれ独自に進化してきたことを明らかにした。そこで本研究では、各種植物における独立したポドフィロトキシン生合成系の酵素遺伝子を網羅的に取得し、強力なポドフィロトキシン高生産系の構築を目指して研究を進めている。
本年度は、前年度に引き続きポドフィロトキシンの生合成遺伝子の取得と機能解析を進めた。特に、ポドフィロトキシン類縁体を産生するシャクについて、デオキシポドフィロトキシン生成酵素である、2-oxogultarate-dependent dioxygenase（2ODD）型のヤテイン環化酵素遺伝子を取得し、その特性解析を進めた。即ち、相同性検索及び相関解析により2種の2ODD候補遺伝子（2ODD-1及び2ODD-2）を得た。この内、2ODD-1につき目的の酵素活性（yateinからdeoxypodophyllotoxinへの変換）が確認された。さらに、本酵素により触媒される反応の生化学的解析を進めた。
なお、本課題に関連して、シャク及びその栽培品種であるチャービルのゲノム解析支援を、新学術領域先進ゲノム解析研究プラットフォーム事業（先進ゲノム支援）に応募したところ幸い採択され、現在両植物のゲノム解析が進行中である。
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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
計画に従い、研究を進め、ほぼ計画通りの成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き以下の研究を進める。
１）各種植物からのポドフィロトキシン（PD）生合成系の酵素遺伝子取得： 前年度引き続き、未取得の酵素遺伝子の取得を進める。次いで、取得した候補遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で発現させ、組換え酵素を得る。得られた組換え酵素につき、標的酵素活性確認する。ここで、前年度より、シャク及びその栽培品種であるチャービルのゲノム解析が、新学術領域先進ゲノム解析研究プラットフォーム事業（先進ゲノム支援）の下で進められており、その解析結果を、未取得酵素遺伝子の取得に活用する。
２）各種植物のポドフィロトキシン生合成系酵素の生化学的機能解析・評価： 前年度に引き続き、得られたポドフィロトキシン生合成系酵素遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で大量に発現させ、得られた組換え酵素につき触媒する反応の評価（基質特異性及び速度論解析）を行う。
３）取得酵素遺伝子を用いたポドフィロトキシン生合成系の微生物における構築： 上記２) で得た各酵素の機能情報に基づき、化学合成が容易なマタイレジノールを初発として、連続する２～４反応段階毎の反応系（モジュール）を設定する。次いで、設定した各反応モジュールにつき、そこに含まれる酵素遺伝子を酵母または細菌に多重導入する。
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