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2022 Fiscal Year Research-status Report

Identification of target molecules based on self-resistance gene-directed genome mining

Research Project

Project/Area Number 22K06665
Research InstitutionUniversity of Shizuoka

Principal Investigator

佐藤 道大  静岡県立大学, 薬学部, 准教授 (10629695)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords天然物生合成 / ゲノムマイニング / 標的分子
Outline of Annual Research Achievements

天然物には、さまざまな生理・生物活性を有するものが存在する。特に抗菌活性や抗がん活性などの抗生物質は、必須のハウスキーピング酵素の阻害または不活性化を介して競合する生物の成長を止めるか、または制限するために産生生物 (宿主) によって生産されると考えられている。しかし、その標的酵素が宿主にも保存されており、かつそれが生育に必須な酵素である場合、その天然物は産生宿主にも毒性を示してしまう。したがって、自己耐性システムは、生合成された天然物に抵抗性を付与するために宿主に存在しなければならない。微生物が自己耐性のために採用している一つの戦略は、機能的に等価な自己耐性酵素(SRE)を保有である。SRE は標的となるハウスキーピング酵素と配列的に非常に類似しているが、活性を維持しながらも天然物による阻害に対して酵素を非感受性にする変異を含んでいる。このSREの配列は、標的となるハウスキーピング酵素と類似しているため、バイオインフォマティクス解析によってSREの機能を容易に予測することが可能である。SREによる自己耐性システムは、生産される天然物の標的分子を表していることから、SREを含むBGCを探索することで、目的の標的分子を阻害する化合物を得ることが可能となる。これがターゲットゲノムマイニングである。
本研究では、申請者がこれまで行ってきたターゲットゲノムマイニングに加えて、耐性遺伝子の産物すなわち耐性酵素が実際に標的分子であるかを明らかにし、さらにどのように耐性を獲得しているのか、その分子機構の解明を目的とする。具体的には、免疫抑制活性を有するFR901483の生合成遺伝子クラスターに存在するFrzKというSREの耐性機構を明らかにする。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は昨年度に続きFR901483生産菌における自己耐性酵素、FrzKの機能解析を進めた。FrzKはFR901483の生合成遺伝子クラスター中に存在する自己耐性酵素として見出されたamidophosphoribosyltranferase (PPAT) のホモログである。生合成遺伝子クラスター中に存在する耐性酵素は、本来の酵素のコピーであることが知られている。すなわち、本来の酵素が生産する化合物によって阻害されたとしても、自己耐性酵素がそれを補完するように機能している。しかしながらFR901483生産菌においては、PPATホモログはFrzKのみであったことから、FrzKは自己耐性酵素かつ唯一のPPATであることが明らかとなった。PPATは原核・真核生物問わず普遍的に存在する各酸生合成遺伝子の一つであり、比較対象として大腸菌由来PPATであるClf2を用いた。Clf2の活性はFR901483によって強く阻害されることが明らかとなった一方で、FrzKは化合物による阻害を受けなかった。そこで、阻害活性を忌避する要因となるアミノ酸残基を、Clf2-FR901483の共結晶構造およびFrzK-FR901483モデル構造を比較することで、見出すこととした。該当するアミノ酸残基に部位特異的変異を導入し、Clf2およびFrzKのFR901483に対する親和性を調べた。その結果、化合物の結合に関わるいくつかのアミノ酸残基を特定し、FrzKのFR901483に対する阻害回避メカニズムを解明することに成功した。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題の一つの目的である推定標的分子の化合物に対する非感受性機構については、明らかにすることができたため、今後は既に知られている自己耐性遺伝子を指標とした物質探索および自己耐性遺伝子を有する生合成遺伝子クラスターの探索および化合物生産を試みる予定である。

Causes of Carryover

名古屋大学に所属する研究協力者との研究打合せのため、名古屋大学に出張する予定であったが、先方の予定変更により取りやめとなったため、その分の交通費を次年度に繰り越すことになった。
今年度は、計画通りの予算執行に努めます。

  • Research Products

    (22 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] University of California, Los Angeles(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of California, Los Angeles
  • [Journal Article] Screening method toward ClbP-specific inhibitors2023

    • Author(s)
      Zhou, T., Ando, T., Kudo, A., Sato, M., Miyoshi, N., Mutoh, M., Ishikawa, H., Wakabayashi, K., Watanabe, K.
    • Journal Title

      Genes and Environment

      Volume: 45 Pages: 8

    • DOI

      10.1186/s41021-023-00264-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biosynthetic Gene Expression and Tissue Distribution of Diosgenin in <i>Dioscorea japonica</i>2023

    • Author(s)
      Onoda Keita、Kato Mai、Tsunematsu Yuta、Eto Fumihiro、Sato Michio、Yoshioka Yasukiyo、Yoshida Takuya、Tamura Kentaro、Yao Ikuko、Dohra Hideo、Watanabe Kenji、Miyoshi Noriyuki
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 71 Pages: 4292~4297

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.2c08478

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Advancing the Biosynthetic and Chemical Understanding of the Carcinogenic Risk Factor Colibactin and Its Producers2022

    • Author(s)
      Hirayama Yuichiro、Sato Michio、Watanabe Kenji
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 61 Pages: 2782~2790

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.2c00229

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advances in the chemo-biological characterization of decalin natural products and unraveling of the workings of Diels-Alderases2022

    • Author(s)
      Watanabe Kenji、Sato Michio、Osada Hiroyuki
    • Journal Title

      Fungal Biology and Biotechnology

      Volume: 9 Pages: 1~20

    • DOI

      10.1186/s40694-022-00139-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] BIOSYNTHETIC STUDY ON FUNGAL METABOLITE, PYRROLIZILACTONE2023

    • Author(s)
      Sakurako Sakano, Micho Sato, Hiroyuki Osada, Kenji Watanabe
    • Organizer
      International Conference on NATURAL PRODUCT DISCOVERY and DEVELOPMENT in the Genomic Era
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CYTOCHROME P450 FOR CREATION OF DIMERIZED DIKETOPIPERAZINES2023

    • Author(s)
      Micho Sato, Yuji Ogata, Kenji Watanabe
    • Organizer
      International Conference on NATURAL PRODUCT DISCOVERY and DEVELOPMENT in the Genomic Era
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] UNCOVERING THE SELF-RESISTANCE MECHANISM AGAINST FR901483 AS A SECONDARY METABOLITE2023

    • Author(s)
      Miku Nakahara, Sakurako Sakano, Yui Tamura, Micho Sato, Kodai Hara, Hiroshi Hashimoto, Kenji Watanabe
    • Organizer
      International Conference on NATURAL PRODUCT DISCOVERY and DEVELOPMENT in the Genomic Era
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cladobotryum属真菌が生産するFR901483に対する自己耐性機構の解明2023

    • Author(s)
      坂野 桜子, 中原 実玖, 田村 優衣, 佐藤 道大, 原 幸大, 橋本 博, Tang Yi, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度大会
  • [Presentation] OSMAC法により見出された放線菌由来天然物の生合成研究2023

    • Author(s)
      小林 裕輝, 遠藤 瞭太, 佐藤 道大, Lopez Julius, 野川 俊彦, 長田 裕之, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度大会
  • [Presentation] Furocoumarin系化合物1のDHODH特異的阻害機構の解明2023

    • Author(s)
      中原 実玖, 渡邉 正悟, 佐藤 道大, 奥村 英夫, 川谷 誠, 長田 裕之, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度大会
  • [Presentation] OSMAC法により見出された放線菌由来天然物の生合成研究2023

    • Author(s)
      小林 裕輝, 遠藤 瞭太, 佐藤 道大, Lopez Julius, 野川 俊彦, 長田 裕之, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] 担子菌Coprinopsis属由来化合物lagopodin Bからhitoyol Aへの変換を担う細胞外酵素の探索2023

    • Author(s)
      鈴木 詞也, 浅井 しほり, 遠藤 瞭太, 恒松 雄太, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] Cladobotryum属真菌が生産するFR901483に対する自己耐性機構の解明2023

    • Author(s)
      坂野 桜子, 中原 実玖, 田村 優衣, 佐藤 道大, 原 幸大, 橋本 博, Tang Yi, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] Furocoumarin系化合物1とDHODHの相互作用に関する研究2023

    • Author(s)
      中原 実玖, 渡邉 正悟, 佐藤 道大, 奥村 英夫, 川谷 誠, 長田 裕之, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] ClbP特異阻害剤のスクリーニング法2023

    • Author(s)
      周 韜, 佐藤 道大, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] Pyrenula sp.由来 pyrenulic acid のビスエーテル環形成メカニズム解明2022

    • Author(s)
      伊藤 優衣, 佐藤 道大, 籠浦 倫美, 石塚 碧, 恒松 雄太, 竹仲 由希子, 棚橋 孝雄, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第68回年会
  • [Presentation] 糸状菌由来 cochliodone A 生合成におけるポリケタイド還元機構の解明2022

    • Author(s)
      小坂 幹, Christopher Sarmales-Murga, 佐藤 道大, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第68回年会
  • [Presentation] Cladobotryum属真菌が生産するFR901483に対する自己耐性機構の解明2022

    • Author(s)
      坂野 桜子, 中原 実玖, 田村 優衣, 佐藤 道大, 原 幸大, 橋本 博, Tang Yi, 渡辺 賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第68回年会
  • [Presentation] Pyrenula sp.に由来する pyrenulic acid の 6,7 縮環エーテル形成機構解明2022

    • Author(s)
      伊藤 優衣, 佐藤 道大, 籠浦 倫美, 石塚 碧, 恒松 雄太, 竹仲 由希子, 棚橋 孝雄, 渡辺 賢二
    • Organizer
      第9回食品薬学シンポジウム
  • [Presentation] Cladobotryum属真菌が生産するFR901483に対する自己耐性機構の解明2022

    • Author(s)
      坂野 桜子, 中原 実玖, 田村 優衣, 佐藤 道大, 原 幸大, 橋本 博, Tang Yi, 渡辺 賢二
    • Organizer
      第9回食品薬学シンポジウム
  • [Presentation] 糸状菌由来 cochliodone A 生合成におけるポリケタイド還元機構の解明2022

    • Author(s)
      小坂 幹, Christopher Sarmales-Murga, 赤岡 史人, 佐藤 道大, 渡辺 賢二
    • Organizer
      第9回食品薬学シンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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