Analyses of berberine-bridge like enzymes in Nicotiana rustica based on structural biology

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K06731
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47050:Environmental and natural pharmaceutical resources-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Morimoto Sastoshi 九州大学, 薬学研究院, 教授 (60191045)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ベルベリンブリッジ酵素 / マルバタバコ / フェニルプロパノイド / 酸化酵素

Outline of Final Research Achievements

Three genes encoding berberine-bridge enzymes (BBLa, BBLb and BBLd) were cloned from Nicotiana rustica, and these genes were expressed in silkworms. Although the activities of these enzymes were measured using the possible biosynthetic precursor of nicotine as a substrate, nicotine production was not observed.
On the other hand, the above recombinant enzymes were shown to oxidize the various phenylpropanoids such as coniferyl alcohol to give coniferyl aldehyde and ferulic acid. The same enzymes catalyzing direct oxidation of the alcohols into carboxylic acids have not been confirmed in the plant kingdoms. In addition, the recombinant enzymes convert the ferulic acid into unknown compound.

Free Research Field

生薬学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

申請課題では、マルバタバコのベルベリンブリッジ酵素の機能を明らかにする目的で研究を遂行したが、ニコチンの生合成にかかわる活性を検出することはできなかった。しかしながら、今回検討した酵素類はフェニルプロパノイドを酸化する機能を有することが証明された。しかも、コニフェリルアルコールを直接フェルラ酸まで直接酸化することを確認した。そのような酵素はこれまで植物から確認されておらず、学術的に重要と思われる。さらに組み換え酵素がフェルラ酸の脱炭酸反応を触媒するという、きわめて新規な反応を明らかにすることに成功した。