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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Investigation of the biosynthesis of terrestrial tetrodotoxin via new compound screening and metagenomic analysis

Research Project

Project/Area Number 22K14833
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

工藤 雄大  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60824662)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Keywordsテトロドトキシン / 生合成 / メタゲノム / 構造解析 / 質量分析 / イモリ / 放線菌
Outline of Annual Research Achievements

テトロドトキシン (TTX) は、フグやイモリなどの多様な生物が持つ代表的な自然毒である。陸上におけるTTXの生産者は不明瞭であり、生合成経路は長年の謎となっている。本研究では有毒イモリからTTXの生合成に関連する化合物を分析することで生合成経路の推定を試みた。併せて毒の生産者が含まれることが予想される環境微生物の遺伝子解析(メタゲノム解析)を行い、陸上TTXの生合成経路の解明を目指した。
国内外の各種イモリ(TTXの有無が未報告の種も含む)から種々の方法でTTXおよびその関連成分を抽出し、質量分析器(MS)を用いて分析した。関連化合物と思われる未知ピークを複数検出することができ、その化学構造をMS、核磁気共鳴装置(NMR)で解析中である。一方で、属や生息地の異なるイモリ中の推定生合成関連化合物が、各有毒イモリに広範に分布することを明らかにし、想定する生合成経路を支持する結果を得た。
TTX含有イモリの生息地から得た環境メタゲノムを解析した。先行研究で環境メタゲノムのFosmidライブラリーを作成していた。また、最終年度は異なる手法で調整した環境メタゲノムを次世代シーケンサーにて解析し、塩基配列情報を得た。これらを各種バイオインフォマティクス解析に供し、TTXの生合成遺伝子を探索したが同定には至っておらず、解析手法をさらに検討する必要性が示された。TTXに関する成果を国際学会等で発表した。
質量分析器を用いた天然化学物の探索方法を放線菌に適用することで、抗マラリア活性を示すリン酸トリエステル化合物サリニポスチンの新規類縁体を複数得た。強力なリパーゼ酵素阻害活性を示すことを明らかにし、論文として公表した。最終年度では放線菌における二次代謝の制御分子であるシグナル分子の探索法を構築した。主要なシグナル分子群であるγ-ブチロラクトン化合物を新たな天然化合物として同定した。

  • Research Products

    (30 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ユタ州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ユタ州立大学
  • [Int'l Joint Research] フランクフルト大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      フランクフルト大学
  • [Journal Article] Synthesis and Identification of decarbamoyloxySaxitoxins in Toxic Microalgae and their Reactions with the Oxygenase, SxtT, Reveal Saxitoxin Biosynthesis2024

    • Author(s)
      Hakamada Mayu、Tokairin Chihiro、Ishizuka Hayate、Adachi Kanna、Osawa Toma、Aonuma Shiori、Hirozumi Ryosuke、Tsuchiya Shigeki、Cho Yuko、Kudo Yuta、Konoki Keiichi、Oshima Yasukatsu、Nagasawa Kazuo、Yotsu‐Yamashita Mari
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 30 Pages: e202304238

    • DOI

      10.1002/chem.202304238

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Discovery of new analogues of antimalarial phosphotriester salinipostin using LCMSMS and their inhibitory activity toward monoacyl-glycerol lipase2024

    • Author(s)
      Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      ACS spring 2024
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シグナル分子A-factorに類似するγ-ブチロラクトン化合物の化学-酵素合成と放線菌からの迅速同定2024

    • Author(s)
      工藤 雄大,此木 敬一,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] 藍藻Dolichospermum circinale由来のサキシトキシン生合成酵素SxtTの大腸菌での発現と反応2024

    • Author(s)
      山下まり,青沼栞里,工藤雄大,袴田真有,廣住燎亮,長 由扶子,此木敬一,石塚颯,長澤和夫
    • Organizer
      令和6年度日本水産学会春季大会
  • [Presentation] オキナワフグ(Chelonodon patoca)由来の新規テトロドトキシン類縁体の単離、構造決定(2)2024

    • Author(s)
      青沼 栞里,工藤 雄大,長 由扶子,此木 敬一,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] 日本産二枚貝のテトロドトキシンの定量と類縁体の同定2024

    • Author(s)
      松井 蘭丸,八巻 慶汰,工藤 雄大,長 由扶子,此木 敬一,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] 麻痺性貝毒サキシトキシンの推定生合成中間体の合成研究(2)2024

    • Author(s)
      廣住 燎亮,長 由扶子,工藤 雄大,此木 敬一,長澤 和夫,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] パプアニューギニア産珪藻Nitzschia navis-varingicaのカイノイド生産酵素の同定2024

    • Author(s)
      芦田 康洋,Clyde Puilingi,前野 優香理,工藤 雄大,長 由扶子,此木 敬一,小瀧 裕一,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] 異種発現カイノイド合成酵素を用いた新規カイニン酸類縁体の調製2024

    • Author(s)
      山田 基生,望月 政希,前野 優香理,小瀧 裕一,寺田 竜太,工藤 雄大,長 由扶子,此木 敬一,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] 致死性海藻中毒原因物質ポリカバノシド類の新規類縁体の推定構造2024

    • Author(s)
      青木 玲翔,岩崎 浩太郎,佐々木 理,川島 悠岐,工藤 雄大,長 由扶子,此木 敬一,佐々木 誠,山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [Presentation] MS-guided discovery of novel tricyclic guanidino compounds from tetrotodoxin-bearing newts and new analogues of antimalarial phosphotriester salinipostin from actinobacteria2023

    • Author(s)
      Yuta Kudo,Charles T. Hanifin,Keiichi Konoki,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      31st International Symposium on the Chemistry of Natural Products and 11th International Congress on Biodiversity (ISCNP31 & ICOB11)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structures of new tricyclic guanidino compounds from toxic newt and phosphotriesters from bacteria2023

    • Author(s)
      Yuta Kudo,Charles T. Hanifin,Keiichi Konoki,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan (2023 Joint Meeting of the Tohoku Area Chemistry Societies)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chemical studies on biosynthetic and metabolic pathways of marine toxins.2023

    • Author(s)
      Mari Yotsu-Yamashita,Yuta Kudo,Shigeki Tsuchiya,Satoshi Numano,Yuko Cho,Keiichi Konoki,Yasukatsu Oshima,Kazuo Nagasawa
    • Organizer
      20th International Conference on Harmful Algae
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 海洋生物毒マイトトキシンの作用機序解明に向けたケミカルプローブ合成2023

    • Author(s)
      此木敬一,中山 健,大岩弘隆,駒崎有紀,工藤雄大,長 由扶子,山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部第158回大会
  • [Presentation] オカダ酸結合タンパク質OABP2.1を用いる簡易下痢性貝毒定量法の開発2023

    • Author(s)
      田端滉樹,工藤雄大,長 由扶子,山下まり,此木敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部第158回大会
  • [Presentation] 麻痺性貝毒サキシトキシンの推定生合成中間体の合成および生合成研究2023

    • Author(s)
      廣住燎亮,長 由扶子,工藤雄大,此木敬一,長澤和夫,山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部第158回大会
  • [Presentation] 二枚貝類における麻痺性貝毒の代謝物 (Мトキシン) 蓄積について2023

    • Author(s)
      沼野 聡,渡邊龍一,小澤眞由,内田 肇,松嶋良次,加賀新之助,工藤雄大,山下まり,鈴木敏之
    • Organizer
      貝毒分科会
  • [Presentation] 二枚貝が含有する麻痺性貝毒の代謝物に関する研究.2023

    • Author(s)
      沼野 聡, 渡邊龍一, 内田 肇, 小澤眞由, 松嶋良次, 工藤雄大, 山下まり, 鈴木敏之
    • Organizer
      第119 回日本食品衛生学会 学術講演会
  • [Presentation] デオキシ-デカルバモイロキシサキシトキシンの有毒藍藻からの同定2023

    • Author(s)
      山下まり,袴田真有,石塚颯,安達栞菜,大澤瞳生,長由扶子,工藤雄大,此木敬一,大島泰克,長澤和夫
    • Organizer
      令和5年度日本水産学会秋季大会
  • [Presentation] ホタテガイ (Patinopecten yessoensis) における麻痺性貝毒代謝物の蓄積.2023

    • Author(s)
      沼野 聡,渡邊龍一,内田 肇,小澤眞由,松嶋良次,工藤雄大,山下まり,鈴木敏之
    • Organizer
      令和5年度日本水産学会秋季大会
  • [Presentation] Synthetic study of a putative biosynthetic intermediate of the paralytic shellfish toxin saxitoxin2023

    • Author(s)
      Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Kazuo Nagasawa,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      International Symposium in Okinawa, 2023, on Ciguatera and Related Marine Biotoxins.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and identification of decarbamoyloxysaxitoxins in the toxic microalgae for elucidation of saxitoxin biosynthesis2023

    • Author(s)
      Mari Yotsu-Yamashita,Mayu Hakamada,Chihiro Tokairin,Hayate Ishizuka,Kanna Adachi,Toma Osawa,Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Yasukatsu Oshima,Kazuo Nagasawa
    • Organizer
      International Symposium in Okinawa, 2023, on Ciguatera and Related Marine Biotoxins.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthetic study of a putative biosynthetic intermediate of the paralytic shellfish toxin saxitoxin2023

    • Author(s)
      Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Kazuo Nagasawa,Mari Yotsu-Yamashita]
    • Organizer
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan (2023 Joint Meeting of the Tohoku Area Chemistry Societies)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of inhibitory activities of synthetic saxitoxin derivatives to voltage-gated sodium channels2023

    • Author(s)
      Takumi Kobayashi,Shutaro Yoshio,Osamu Chiba,Ayato Nureki,Yuka Takayanagi,Hayate Ishizuka,Yuta Kudo,Yuko Cho,Mari Yotsu-Yamashita,Kazuo Nagasawa,Keiichi Konoki
    • Organizer
      Tohoku University GP-Chem Chemistry Summer School 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and identification of decarbamoyloxysaxitoxins in the toxic microalgae for elucidation of saxitoxin biosynthesis2023

    • Author(s)
      Mayu Hakamada,Chihiro Tokairin,Hayate Ishizuka,Kanna Adachi,Toma Osawa,Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Yasukatsu Oshima,Kazuo Nagasawa,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      Tohoku University GP-Chem Chemistry Summer School 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthetic study of a putative biosynthetic intermediate of the paralytic shellfish toxin, saxitoxin2023

    • Author(s)
      Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Kazuo Nagasawa,Mari Yotsu-Yamashita
    • Organizer
      Tohoku University GP-Chem Chemistry Summer School 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 12, 13-デオキシデカルバモイルサキシトキシン類の合成と 有毒生物中からの同定および生合成経路の推定2023

    • Author(s)
      袴田真有,東海林千容,石塚颯,安達栞菜,大澤瞳生,廣住燎亮,長 由扶子,工藤雄大,此木敬一,大島泰克,長澤和夫,山下まり
    • Organizer
      第34回万有仙台シンポジウム
  • [Remarks] 東北大学大学院農学研究科 天然物生命化学分野HP

    • URL

      https://www.agri.tohoku.ac.jp/bukka/index-j.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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