2021 Fiscal Year Annual Research Report
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21H02127
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
葛山 智久 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30280952)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ヌクレオチド / 放線菌 / 生合成 / 遺伝子 / 酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、核酸系天然化合物の生合成酵素の精密機能解析を行い、得られた機能情報をもとに各種生合成酵素の理論的機能改変を行うことで新規な核酸系化合物を創出することを目的としている。2021年度ではまず、放線菌Streptomyces angustmyceticus NBRC 3934株の生産するangustmycin類の生合成機構の詳細を明らかにし、次いでこの生合成機構を改変することで、angustmycin誘導体の生産系の構築を行うことを目指した。それまでに、新規脱水酵素Agm6がangutmycin Cからangustmycin Aへの鍵変換反応を担い、特異な構造であるexo-glycalを形成することを見出した。そこで、Agm6をコードする遺伝子の周辺を探索することにより、angutmycin Cの生合成に関与する遺伝子の機能解析を行った。その結果、agm1からagm6の6個の遺伝子によって生合成されることを、これら6個の遺伝子を異種放線菌であるStreptomyces albusに導入したところangutmycin Cとangustmycin Aの生産が確認されたことから結論づけることができた。また、Streptomyces decoyicusのゲノム配列にも、agm1からagm6の相同遺伝子が存在することも明らかにした。さらには、脱水酵素Agm6がangutmycin Cからangustmycin Aへの変換反応を触媒する際に必要な補酵素はNAD+であり、NADP+は機能しないことも明らかにした。
本研究成果は、核酸系抗生物質angustmycinの生合成遺伝子を初めて同定し、その生合成経路を推定したものである。また、天然化合物としては稀なexo-glycal構造の形成機構を明らかにしたものとして重要である。これらの成果をまとめて、The Journal of Antibiotics誌で発表した。別の核酸系天然化合物であるA-94964の立体化学については、国際共著として発表することができた。
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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
初年度は、angusutmycinの生合成研究は予定どおり終了することができた。exo-glycalを形成する新規脱水酵素Agm6を用いた核酸誘導体の創出についても、すでに予備的な結果を得ており目処がたっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、caprazamycinなどのようにhigh-carbon sugar構造をもつ核酸系天然化合物や、プレニル化核酸であるJBIR-68などの核酸系天然化合物を対象として、その生合成理論の解明と、そこから得られた知見に基づいた生合成系の理論的改変による新規核酸系化合物生産系の構築を推進する。high-carbon sugar構造の生合成機構については、いくつかの報告例があるものの、その解析例は多くはなく情報が少ないため、これまでのようなアミノ酸配列の相同性を利用した解析のみでは困難を伴うことが予想される。そのため、AlphaFoldを利用したタンパク質の立体構造や、MDシミュレーションを用いたタンパク質と基質との結合予測を利用した解析を取り入れることを計画している。Agm6を用いた核酸誘導体の同定についても進める計画である。
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