海綿由来生物活性物質の生合成遺伝子の収集調査と生合成機構の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26303005
• 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)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 海洋天然物 / 生合成遺伝子 / 海綿動物 / 共生菌 / 採集調査

Outline of Annual Research Achievements

海綿動物からはこれまで２万以上の生物活性物質が報告されており、海洋生物の中でも際だった医薬資源である。一方で、海綿由来の生物活性物質の多くは共生微生物によって生産されていることが近年明らかにされつつある。我々は先行研究によって、伊豆半島産の海綿Discodermia calyxに含まれる、抗ガン剤としての応用が期待される細胞毒性物質、カリクリンAの生合成遺伝子クラスターを同定し、その生産菌を明らかにしてきた。興味深いことに、太平洋海域に生息する全く異なる種の海綿からカリクリンAと同一の骨格を有する代謝産物が単離、報告されている。そこで、これら太平洋域の海綿を採集調査し、生合成遺伝子を単離、比較検討することにより、その生合成機構を解明し、天然物の構造多様性の起原を探る。また同時に、これら海綿に共通の生産菌が存在する可能性について検証し、物質生産に秀でた共生菌の分布の普遍性を調査する。
H26年度は、調査対象地域としてインドネシア、オーストラリアを訪問した。いずれの対象国にも現地共同研究者のサポート体制が整っており、インドネシアではスラウェシ島を中心に採集を行った。オーストラリアではFlinders Universityを訪問し、研究打合せを行い、カリクリン類縁体を含む海綿類の探索を試みた。化学分析用試料は現地で抽出エキスを調製し、それらを持ち帰りLC-MS等を用いた成分分析と生物活性試験を行う。遺伝子を対象とする実験試料は採集した海綿をRNA Laterに保存し、それを持ち帰ってPCR等の分析が進行中である。また、メタゲノムライブラリーを作成し、遺伝子クラスターの単離同定、解析を進めている。計画にはなかったが、マレーシアにも学会に招待され訪問、研究打合せを行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

インドネシアとオーストラリアでの採集調査を計画通り実施、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

Flinders UniversityのWei Zhang教授の協力のもとに採集を行う。ブリスベンの北に位置するヘロン島において採集された海綿Luffariella geometricaよりカリクリン類縁体Geometricin Aが単離報告されている。Luffariella属の海綿はDictyoceratida目、Thorectidae科に属し、TheonellaやDiscodermiaが属するイシカイメン目とは系統学上大きく異なる分類群に属する。それにもかかわらず、イシカイメン目の海綿類が有する代謝産物と共通の化合物、特にカリクリン類縁体が見出されていることは非常に興味深い。このことは共通あるいは類似の共生微生物が二次代謝産物の産生を担っている事を示唆している。しかしながら、Luffariella属の海綿類の共生微生物を解析した研究報告例はない。Luffariella属の海綿類からはManoalideなどのセスタテルペン類が主要代謝産物として同定されている。ManoalideはホスホリパーゼA2阻害活性を示し、抗炎症薬として期待されてきた化合物であるが、その大量供給が不可能であったために、臨床試験が断念されている。そのため、その生合成遺伝子を特定し、異種発現によって供給する手法が確立できれば、臨床開発への展開も可能になる。そこで、グレートバリアリーフ近海でLuffariella geometricaを採集し、共生バクテリアを観察、分画を行い、それらのゲノム解析を行う。カリクリン類縁体の生合成遺伝子を探索するとともに、Manoalide類の生合成遺伝子の探索も同様に進める。微生物細胞の分離や抽出物の調製はFlinders Universityにおいて行う。

Causes of Carryover

試薬など消耗品、物品費等の執行に多少余裕があり次年度に繰り越した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

当初の計画通り、試薬など消耗品、物品費等に充当する。

Research Products

• [Journal Article] カイメンー共生バクテリア系の化学防御機構 (2015)
  • Author(s): 脇本敏幸, 阿部郁朗
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 73 Pages: 49-51
• [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 Chemical Biology Volume: 10 Pages: 648-655
  • DOI: 10.1038/nchembio.1573
  • 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 / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphocalyculin C as a pyrophosphate protoxin of calyculin C in the marine sponge Discodermia calyx (2014)
  • Author(s): Egami, Y., Wakimoto, T., Abe, I.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett. Volume: 24 Pages: 5150-5153
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.10.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lipodiscamides A-C, new cytotoxic lipopeptides from the marine sponge Discodermia kiiensis (2014)
  • Author(s): Tan, K. C., Wakimoto, T., Abe, I.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 16 Pages: 3256-3259
  • DOI: 10.1021/ol501271v
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Revised structure of cyclolithistide A, a cyclic depsipeptide from the marine sponge Discodermia japonica (2014)
  • Author(s): Tajima, H., Wakimoto, T., Takada, K., Ise, Y., Abe, I.
  • Journal Title: J. Nat. Prod. Volume: 77 Pages: 154-158
  • DOI: 10.1021/np400668k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2015)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: International Conference on Natural Products 2015
  • Place of Presentation: Johor Bahru, Malaysia
  • Year and Date: 2015-03-24 – 2015-03-25
  • Invited
• [Presentation] Calyculin Biogenesis from a Pyrophosphate Protoxin Produced by a Sponge Symbiont (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: Flinders University Lecture Series
  • Place of Presentation: Flinders Univ, Australia
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-27
  • Invited
• [Presentation] Calyculin Biogenesis from a Pyrophosphate Protoxin Produced by a Sponge Symbiont (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: International Symposium on Marine Biotechnology and Ocean Conservation
  • Place of Presentation: Surya Univ, Indonesia
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-16
  • Invited
• [Presentation] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2014)
  • Author(s): 阿部郁朗
  • Organizer: 9th International Symposium on Chromatography of Natural Product
  • Place of Presentation: Lubrin, 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/publications.html