2021 Fiscal Year Annual Research Report
Structural analysis of aminoglycoside antibiotic biosynthetic enzymes
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19H02895
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
工藤 史貴 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00361783)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アミノグリコシド系抗生物質 / 生合成 / 酵素 / 構造機能解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、アミノグリコシド系抗生物質生合成マシナリーの人為的改変による新規抗生物質創製を念頭におき、生合成に関わる酵素の構造機能解析を通じた生合成基盤を構築することを目的としている。2020年度までにカナマイシン生合成経路の全貌解明に成功したので、2021年度は他のアミノグリコシド系抗生物質の特徴ある構造の形成機構に関わると推定された酵素の機能解析を中心に進めた。
イスタマイシンは擬似二糖アミノグリコシドであり、カナマイシン等に見られるメジャーな1,3-ジアミノサイクリトールである2-デオキシストレプタミンとは異なる1,4-ジアミノサイクリトールを有している。さらに、特徴的な3,4-ジデオキシアミノ糖の構築機構に興味が持たれた。まず、これらアミノグリコシド抗生物質の共通的な生合成中間体である2-デオキシ-scyllo-イノサミンをD-グルコースから３つの酵素を用いて調製する方法を確立した。
次に、2-デオキシ-scyllo-イノサミンの6位アルコールが酸化され、さらにアミノ化されて1,4-ジアミノサイクリトールが形成される機構を想定して種々検討したが期待した酵素活性を見出すことができなかった。そこで、2-デオキシ-scyllo-イノサミンがまず配糖化される経路を検討した。その結果、低効率ながら2-デオキシ-scyllo-イノサミンが糖転移酵素IstMによって配糖化されることが分かった。しかしながら、再現性が低く配糖化物の構造決定には至らなかった。
そこで遺伝子登録情報を今一度見直し、イスタマイシン生合成遺伝子クラスターに類似するもので機能解析が手付かずのものが複数存在することに気付いた。そこで、それらホモログ酵素を活用することで、より高活性な酵素が存在することを期待して機能解析を行なった。結果としてIstMより高活性な酵素を見出すことができ酵素反応生成物の構造決定を進めている。
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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
2021年度は、イスタマイシンの生合成酵素の機能解析を進めたが、期待した酵素活性をなかなか見出すことができず苦戦続きであった。そのような状況の中でも、共通的な生合成中間体である2-デオキシ-scyllo-イノサミンをD-グルコースから安定的に供給できる系を確立できたことは評価できる。
また、イスタマイシン生合成遺伝子に類似する遺伝子クラスターに着目することができたことも重要な進展であった。これにより、期待する活性を有する酵素の調製に成功し、2-デオキシ-scyllo-イノサミンの配糖化酵素の機能を解明することができた。2022年度の研究に向けて大きな研究基盤ができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年もアミノグリコシド系抗生物質の生合成に関わる酵素の機能構造解析を継続的に進める。2021年度にイスタマイシン類の複数の生合成遺伝子クラスターを見出すことができたので、これらを利用して徹底的に機能解明を進める。
これまでに、イスタマイシン類の生合成においては、2-デオキシ-scyllo-イノサミンがIstMホモログによって配糖化されることが分かったので、まずは酵素反応生成物を単離して化学構造を確認する。ついで、1,4-ジアミノサイクリトール部位の構築機構に関わると推定している脱水素酵素とアミノ基転移酵素の機能解析を行う。
またこれまでに、カナマイシン、ネオマイシン、ブチロシン生合成機構の全貌解明に成功しているが、これら抗生物質の全ての生合成酵素の結晶構造解析に成功したわけではない。そこで、2022年度も引き続き、構造未決定の酵素の結晶化を検討し構造決定を試みる。
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Research Products
(3 results)
