二次代謝酵素の機能制御と物質生産

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23241068
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 阿部 郁朗 東京大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (40305496)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 脇本 敏幸 東京大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (70363900) ; 淡川 孝義 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (80609834) ; 松田 侑大 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (10720766)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 生合成 / 二次代謝酵素 / 機能制御 / 物質生産 / 酵素工学

Outline of Annual Research Achievements

天然有機化合物の生合成に関わる二次代謝酵素の中には、極めて寛容な基質特異性と潜在的触媒能力を有するものがあり、人為的な機能制御と分子多様性創出の格好のモデルとなりうる。本研究では、植物フェニルプロパノイドの生合成において鍵となるポリケタイド合成酵素などをとりあげた。有機化学を基盤として、分子生物学や構造生物学、タンパク工学の技術などを駆使することにより、酵素触媒機能の制御と高機能性スーパー生体触媒の創製をめざした。X線結晶構造解析により、酵素反応の立体構造基盤を明らかにするとともに、結晶構造に基づく酵素触媒機能の拡張と最適化をめざした。一方、動的構造変化の解明により、酵素反応の化学の合理的な制御をめざした。
最終年度は、ポリケタイド合成酵素に加えて、各種二次代謝産物の生合成において鍵となる、プレニル転移酵素、メチル化酵素、Pictet-Spengler反応を触媒する酵素などについても、同様に、酵素の精密機能解析、Ｘ線結晶構造解析による立体構造基盤の解明に成功した。また、カリクリンやテレオシジンなど、一連の複雑骨格生物活性二次代謝産物の生合成マシナリーの解明にも成功した。これら遺伝子を異種発現系に再構成することにより、構造多様性の拡大と物質生産系の構築の実現をめざした。
以上の研究成果を、Nature, Nat. Chem. Biol., JACS, JBC などに論文公表した

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Uncovering the unusual D-ring construction in terretonin biosynthesis by collaboration of a multifunctional cytochrome P450 and a unique isomerase (2015)
  • Author(s): Matsuda, Y., Iwabuchi, T., Wakimoto, T., Awakawa, T., Abe, I.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 137 Pages: 3393-3401
  • DOI: 10.1021/jacs.5b00570
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis for the formation of acylalkylpyrones from two β-ketoacyl units by the fungal type III polyketide synthase CsyB (2015)
  • Author(s): Mori, T., Yang, D., Matsui, T, Hashimoto, M., Morita, H., Fujii, I., Abe, I.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 290 Pages: 5214-5225
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.626416
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A methyltransferase initiates terpene cyclization in teleocidin B biosynthesis (2014)
  • Author(s): Awakawa, T., Zhang, L., Wakimoto, T., Hoshino, S., Mori, T., Ito, T., Ishikawa, J., Tanner, M. E., Abe, I.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Pages: 15326-15336
  • DOI: 10.1021/ja505224r
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Calyculin biogenesis from a pyrophosphate protoxin produced by a sponge symbiont (2014)
  • Author(s): Wakimoto, T., Egami, Y., Nakashima, Y., Wakimoto,Y., Mori, T., Awakawa,T., Ito, T., Kenmoku, H., Asakawa, Y., Piel, J., Abe, I.
  • Journal Title: Nature Chem. Biol. Volume: 10 Pages: 648-655
  • DOI: 10.1038/nchembio.1573
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Complete biosynthetic pathway of anditomin: nature's sophisticated synthetic route to a complex fungal meroterpeno (2014)
  • Author(s): Matsuda, Y., Wakimoto, T., Mori, T., Awakawa, T., Abe, I.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Pages: 15326-15336
  • DOI: 10.1021/ja508127q
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An environmental bacterial taxon with a large and distinct metabolic repertoire (2014)
  • Author(s): Wilson, M. C., Mori, T., Ruckert, C., Uria, A. R., Helf, M. J., Takada, K., Gernert, C., Steffens, U. A. E., Heycke, N., Schmitt, S., Rinke, C., Helfrich, E. J. N., Brachmann, A. O., Gurgui, C., Wakimoto. T., Kracht, M., Crusemann, M., Hentschel, U., Abe, I., Matsunaga, S., Kalinowski, J., Takeyama, H., Piel, J.
  • Journal Title: Nature Volume: 506 Pages: 58-62
  • DOI: 10.1038/nature12959
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three acyltetronic acid derivatives: noncanonical cryptic polyketides from Aspergillus niger identified by genome mining (2014)
  • Author(s): Yang, X.-L., Awakawa, T., Wakimoto, T., Abe, I.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 15 Pages: 1578-1583
  • DOI: 10.1002/cbic.201402172
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression, purification, and crystallization of a fungal type III polyketide synthase that produces the csypyrones (2014)
  • Author(s): Yang, D., Mori, T., Matsui, T., Hashimoto, M., Morita, H., Fujii, I., Abe, I.
  • Journal Title: Acta Crystallogr., Sect. F: Struct. Biol. Cryst. Commun. Volume: 70 Pages: 730-733
  • DOI: 10.1107/S2053230X14008516
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystallization, and preliminary X-ray diffraction analysis of AntE, a crotonyl-CoA carboxylase/reductase from Streptomyces sp. NRRL 2288 (2014)
  • Author(s): Zhang, L., Chen, J., Mori, T., Yan, Y., Liu, W., Abe, I.
  • Journal Title: Acta Crystallogr., Sect. F: Struct. Biol. Cryst. Commun. Volume: 70 Pages: 734-737
  • DOI: 10.1107/S2053230X14008371
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 複雑骨格天然物の生合成マシナリーの解明 (2015)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 日本化学会 第95春季年会 イブニングセッション
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
  • Year and Date: 2015-03-26
  • Invited
• [Presentation] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 2014 Fall Annual Convention of Pharmaceutical Society of Korea
  • Place of Presentation: Gyeongju, Korea
  • Year and Date: 2014-10-23 – 2014-10-24
  • Invited
• [Presentation] 天然物の生合成工学 (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 第４９回天然物化学談話会
  • Place of Presentation: 岡山県倉敷市
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-04
  • Invited
• [Presentation] Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 97th Canadian Chemistry Conference and Exhibition
  • Place of Presentation: Vancouver, British Columbia, Canada
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-05
  • Invited
• [Presentation] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 9th International Symposium on Chromatography of Natural Products
  • Place of Presentation: Medical University of Lublin, Lublin, POLAND
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-29
  • Invited
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科天然物化学教室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~tennen/head.htm