2019 Fiscal Year Annual Research Report
計算-実験統合型アプローチによる含窒素ヘテロ環式化合物の酵素的合成法の確立
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19J23697
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| Research Institution | University of Shizuoka |
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Principal Investigator |
本山 智晴 静岡県立大学, 薬食生命科学総合学府, 特別研究員(DC1)
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2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 含窒素ヘテロ環式化合物 / ピラジン化合物 / L-スレオニン / L-スレオニン脱水素酵素 / X線結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ピラジンなどの含窒素ヘテロ環式化合物は、香料や抗インフルエンザ薬、抗結核薬などの医薬品として有用な化合物である。その生合成経路を分子レベルで解明し、それに関わる酵素を同定・応用利用できれば、酵素法による含窒素ヘテロ環式化合物の合成が可能になる。本研究では、ピラジン合成に関与する酵素群の同定およびその改変により、多様な化学構造を有する含窒素ヘテロ環式化合物の合成を目的とし、研究を行った。
2019年度は、ピラジン化合物の中でも特に、アルキルピラジンの一種である3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine (EDMP) の合成経路の解明を目指して研究を行った。本研究ではL-スレオニン脱水素酵素 (TDH) および微生物ゲノム上でtdhの近くに保存されている遺伝子 (X) に着目して研究を行った。解析の結果、着目した２つの酵素がL-Thrを代謝することで、EDMPが合成されることが明らかとなった。従来のEDMPの生合成経路としては、L-ThrとD-Glucoseの２つの化合物から合成されることは報告されていたが、L-Thrのみから合成される例は初めてである。TDHに関しては構造解析および詳細な反応機構は、申請者らのグループの先行研究により解明されているため、酵素Xの特性を生化学的および構造生物学的手法により解析した。その結果、基質複合体を含む計4種の酵素Xの立体構造の決定に成功し、その反応機構の推定に至った。最終的にTDHおよび酵素Xが関与するL-ThrのみからのEDMPの合成機構の推定に至った。
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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
当初の計画通り、ピラジン合成に関与する酵素Xの生化学的および構造生物学的解析により、その反応機構の推定に至った。さらに、TDHおよび酵素Xが関与する、L-ThrのみからのEDMPの合成機構の推定にも至っている。
研究成果に関しては今年度中に国際誌への投稿を予定しており、成果発表を含めて研究の進捗状況は順調であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、前年度までの成果を基に、酵素Xに合理的変異を導入し、基質選択性等の改変を目指す。最終的に多様な構造を有する含窒素ヘテロ環式化合物の合成を目指す。
また、TDHおよび酵素Xだけでなく、他の酵素もピラジン合成に応用できないかを検討し、合成できる化合物の幅を広げる事にも挑戦する。
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