2017 Fiscal Year Annual Research Report
Synthetic Study of Acyclic Terpene Probes to Elucidate the Reaction Mechanism of Terpenoid Biosynthesis
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
17H05448
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
品田 哲郎 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (30271513)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テルペン生合成 / 酵素 / プローブ / 反応機構 / 構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生合成によりテルペン類を自在合成するためには、マクロからミクロに至る生合成関連分子種（ゲノム、酵素、基質）の構造・性質・反応機構を理解し、それらをもとに精密な設計図を描くことが鍵となる。本研究ではテルペン生合成機構を探るためのプローブ合成法を確立し、テルペン生合成酵素の機能を明らかにすることを目的とする。具体的には、重水素化(D化)プローブや従来合成が困難であった、長鎖ポリイソプレノイド類の立体選択的合成、ならびに、Z－オレフィンが混在する鎖状テルペン類の合成を行う。Ｈ２９年度は次の2つの研究に取り組み、その成果を論文発表した。
（１）長鎖イソプレノイドを基質とする枯草菌由来のテルペン生合成酵素の機能解析
表題のテルペン合成酵素はＣ２５，Ｃ３０，およびＣ３５の炭素鎖を有する全トランス型のイソプレノイド類を基質とする長鎖テルペン合成酵素である。本酵素の機能を解析するために、基質となる鎖状テルペンをスルホンカップリング法と立体選択的脱スルホン化反応により合成した。それらを酵素と反応させたところ、対応するプレン類にそれぞれ変換できた。また、酵素の結晶構造解析を共同研究として実施し、その解析に成功した。
（２）重水素化プローブを用いたシクロラバンジュロールの生合成機構の解析
環状モノテルペノイドの一種であるシクロラバンジュロールの生合成を触媒する酵素の機能解析を行った。反応基質となる3－メチルー2－ブテンの２つのメチル基の水素すべてを重水素に置換したプローブを合成し、酵素反応を行った。生成物に分布する重水素の位置を解析することで本酵素がプロトン移動を含む反応機構で進行していることを提唱した。炭素10個からなるテルペン類においてプロトン移動機構が見出された初めての例である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
２つのテルペン合成酵素の機能と構造解析にかかる成果を論文に発表できたことは大きな成果である。Z-型オレフィンを含む鎖状テルペン合成も軌道に乗り始めており、計画以上に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
長鎖イソプレノイドを基質とするテルペン生合成酵素の基質認識機構の詳細を探るために、長鎖イソプレノイドのダミーとなる基質を設計・合成し、それを用いた複合体形成と結晶構造解析を共同で進める。これと並行して、新規マイコバクテリウム属細菌由来のテルペン類の生合成基質となるＺ－型オレフィンを複数含有するＣ３５鎖状テルペンの合成を試みる。具体的には、ゲラニルゲラニオールから出発原料し、一炭素増反、ブロモ化、アセチレンを含むＣ４単位の増炭、鉄触媒を用いたMeMgBrの付加を１サイクルとする工程を繰り返す。
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[Journal Article] Crystal structure and functional analysis of large-terpene synthase belonging to a newly found subclass2018
Author(s)
Masahiro Fujihashi, Tsutomu Sato, Yuma Tanaka, Daisuke Yamamoto, Tomoyuki Nishi, Daijiro Ueda, Mizuki Murakami, Yoko Yasuno, Ai Sekihara, Kazuma Fuku, Tetsuro Shinada and Kunio Miki,
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 9
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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