アジリジン環形成酵素ファミリーを介した未知生合成システムの解析

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22J12395
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 神吉 大地 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2022-04-22 – 2024-03-31
• Keywords: 天然物化学 / 反応機構 / 二次代謝産物生合成 / アジリジン環

Outline of Annual Research Achievements

対象遺伝子であるアジリジン環形成酵素ファミリーをコードする遺伝子を破壊し、種々条件における代謝物解析を行ったが遺伝子破壊株において生産が消失する化合物は見られなかった。。そこで、遺伝子クラスター中に存在する転写因子を強制発現させることで、クラスターの活性化を試みた。その結果、複数の化合物の生産を質量分析計を用いて確認することに成功した。生産が確認された化合物のうち、一部の化合物について、対象遺伝子を破壊した場合に生産が消失した。また、生産が消失した化合物は、破壊した遺伝子を相補することで生産が回復したことから、これらの化合物が対象遺伝子を介して生産されていることが示唆された。複数の化合物のうち、生合成についての情報をより多く持つと考えられる、分子量が大きい化合物の単離および構造決定を試みることとした。
単離対象の化合物は非常に親水性が高く、多種のアミノ酸やタンパク質を含む培地成分との分離には多段階のカラム精製を要した。また、多くのカラム精製において非常にブロードに溶出されることが単離を困難なものとした。そこで、カラムおよびバッファー条件をスクリーニングし、単離条件を精査することで、これまでに2つの化合物の単離に成功した。単離した二つの化合物は、NMRによる構造解析により共通の骨格を有する化合物であることが分かっているものの、化合物の安定性などの問題から単離収率が低く、全体の構造を決定するには至っていない。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

これまでに対象遺伝子を介して生産されると考えられる化合物を質量分析計を用いて確認している。しかしながら、化合物の単離にかなりの時間を費やしてしまった。また、構造決定に際しても決定の困難な構造であり、対象となる化合物の構造すら決まっていない。

Strategy for Future Research Activity

さらなる精製により、増量してNMRデータを測定することで構造を決定する。
また、遺伝子破壊株で蓄積する化合物の探索を行い、対象酵素の反応機構を明らかにする。