Studies on functional and chemical diversity of siderophores produced by filamentous fungi

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K19069
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 稔 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80191617)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: シデロフォア / 生合成遺伝子 / 化学構造進化

Outline of Annual Research Achievements

本研究は糸状菌Acremonium persicinumの生産する２つのシデロフォアの構造進化と生理的役割を解明し、「微生物二次代謝産物の化学構造進化の謎」という根源的な課題の解に迫ることを目的とする。本菌の生産するシデロフォア型抗真菌化合物ASP2488053はシデロフォア輸送体を介して標的細胞に取り込まれて殺菌する天然のシデロマイシンである。我々はA. persicinumのゲノムを解読し、ASP2488053の生合成遺伝子と化学構造が類似するが抗菌性のないフェリクロームの生合成遺伝子を見出していた。本研究ではそれらの生理機能を明らかにすることを目的として、以下の2点を解析した。
（１）生合成遺伝子の同定：ゲノム解析により検出された2つのシデロフォアの生合成遺伝子のうちNRPSをコードするもの（sid1とsid2と命名）を破壊し、代謝物を解析することでsid1はASP2499053、sid2はフェリクロシンの生合成遺伝子であることを明らかにした。なお両者のアミノ酸配列を系統樹解析に供したところ、sid2は真菌に広く保存されるシデロフォアと同じクラスターを形成し、sid1は異なるNRPSとクラスターを形成した。このことは両遺伝子が別経路で進化したことを示唆している。
（２）2つのシデロフォアの機能分担：ASP2488053は鉄飢餓条件下で細胞外に分泌され、フェリクロームは鉄過剰条件下で細胞内に蓄積された。sid1とsid2遺伝子の破壊株を用いた培養試験から、ASP2488053は抗生物質として働くと同時に鉄取り込みに使われること、フェリクロシン鉄の貯蔵に使われることを見出した。さらにsid2遺伝子破壊株は鉄とともにフェントン反応を引き起こす過酸化水素に超感受性となっていた。このことは、フェリクロシンが鉄の貯蔵だけでなく、その毒性を回避するためのものであることを示している。

Research Products

• [Journal Article] Differential biosynthesis and roles of two ferrichrome-type siderophores, ASP2397/AS2488053 and ferricrocin, in Acremonium persicinum. (2022)
  • Author(s): 16.Asai, Y., Hiratsuka, T., Ueda, M., Kawamura, Y., Asamizu, S., Onaka, H., Arioka, M., Nishimura, S., Yoshida, M.
  • Journal Title: ACS Chem. Biol. Volume: 17 Pages: 207-216
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00867
  • Peer Reviewed