2023 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on mining of novel enzymes functioning in secondary metabolite biosynthesis in Streptomyces and their molecular mechanism.
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22H00355
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西山 真 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00208240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 彩子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (90633686)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | アミノ基キャリアタンパク質 / 放線菌 / 二次代謝産物生合成 / 反応機構 / 構造生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Vazabitide A、Ficellomycin、Azinomycin Bはの化合物がどれも(2,6)-diamino-(5,7)-dihydroxy-heptanoic acid (DADH)を前駆体として合成される。Vazabitide Aの前駆体として生合成されるDADHが2S,6R,5RのDADHであるのに対し、FicellomycinやAzinomycinBの前駆体は、5位、及び6位の立体化学が異なる2S,6S,5SのDADHである。本年度は、5位の立体選択性の違いをもたらすと考えられるトランスケトラーゼについて研究を行った。具体的には、各トランスケトラーゼについて、in vitroで反応系の構築を行った。AmCPが付加した基質を模倣した擬似基質N-acetyl-GSAを用いた反応系を構築することができた。現在、反応産物の立体化学を決定している。s56-p1生合成において、CupinドメインおよびアミノアシルtRNA合成酵素ドメインからなるSpb40のCupinドメインがN-N結合形成を担う。本年度は、Cupinドメイン、あるいはSpb40全長の結晶化を試みた。そのうち、Cupinドメインの結晶化に成功し、その金属にカルバモイルリン酸様化合物が結合していることが分かった。この分子の同定を行っている。抗菌物質MaleimycinがAmCPを介して生合成されることが明らかになっている。本年度の研究により、複数の新規反応により、生合成けいろ生合成経路の全容を解明した、その過程に新規な反応が関わっていることが判明し、現在その詳細を解析している。また、これ以外に２つのAmCPの遺伝子を含むを新規生合成遺伝子クラスターについて、生合成される化合物の同定に成功し、それらの生合成機構の一部及び全容を明らかにしつつある。
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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
マレイマイシン生合成経路の全容を解明することに成功した。予想されたとおり、この生合成は複数の新規反応を含んでおり、新規性の高い発見を有する成果だと考えている。Spb40については、その全長構造の決定には至っていないものの、Cupinの結晶構造の決定に成功し、Cupinに結合している金属にカルバモイルリン酸様の未同定の低分子が結合していることが明らかになった。この低分子が活性に関わるかどうかに興味が持たれる。それ以外にも、2種のAmCP遺伝子クラスターから生合成される化合物を同定し、その全容あるいは一部を明らかにすることに成功しており、概ね順調に進展していると判断した。構造生物学をより押し進め、新規な生合成反応も含めて，原子レベルでの解明を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに、抗菌物質MaleimycinがAmCPを介して生合成され、その全生合成経路を明らかにすることに成功した。その中でMmy7はAmCPとして機能するMmy8上で生合成されたGlutamate 5-semialdehydeにオキサロ酢酸を基質として脱炭酸を伴い3炭素の増炭反応を行い、7-amino-4-hydroxy-2-oxooctanedioic acid (AXHO) を生成することが明らかになっている。Mmy16はAmCPから切り離されたAHXOの脱アミノ化体を環化させる機能が検出されている。Mmy14は、この脱アミノ化体7位のケト基がアミノ基転移された化合物をアデニル化を介して分子内ラクタムを形成する機能があることが明らかになっている。そしてMmy6はそのラクタム化合物を酸化を伴って脱炭酸しMaleimycinを生成することが明らかになっている。これら全く新しい機能が明らかになった酵素群の反応機構の詳細を明らかにするために、これらの酵素群の構造をX線結晶構造解析で決定する。一方、化合物s56-p1は、アザビシクロ環水酸基にN-N結合を持つユニットを結合したユニークな構造を持つ。Spb40はCupinドメインおよびアミノアシルtRNA合成酵素ドメインからなり、そのうちのCupinドメインがN-N結合形成を担うことが明らかにされている。X線結晶構造解析により、Cupinドメインの金属にはカルバモイルリン酸と思われる化合物が結合していることが明らかになっているものの、基質が結合した複合体がえられて居らず、N-N結合形成機構の詳細は明らかになっていない。本年度はSpb40およびそのホモログ酵素のクライオ電顕によ
る単粒子解析を行う。また、次々に見つかっているAmCPの遺伝子を含む新規生合成遺伝子クラスターによって生合成される化合物の生合成機構を解析する。
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