2019 Fiscal Year Annual Research Report
酵素機能改変による新規活性アルカロイド生産系の構築
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
19H04641
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
淡川 孝義 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (80609834)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 微生物アルカロイド / 生合成酵素 / 非天然型化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品シード化合物取得のために酵素を用いた物質生産の手法は興味深い。本計画では、生合成酵素の基質特異性、反応性をハイスループットに改変し、物質生産へと繋げる酵素改変に取り組み、非天然型の基質を受け入れる変異酵素のスクリーニングを行い、「改変酵素を用いた高収量費天然型化合物生産系構築の方法論の確立」を試みる。本年度では、放線菌より単離されるPKC(protein kinase C)の強い活性化作用を持つインドールテルペノイド、テレオシジン生合成酵素の、P450酸化酵素TleBに注目し、その結晶構造解析を行った。また、その構造の異なる基質を作用させることで、C-N結合形成だけでなく、３環性インドール構造、脱メチル化構造など、様々な骨格の化合物を創出することに成功した。また、以前見出した、スルホンアミド抗生物質アルテミシジンのテトラヒドロインダン骨格形成反応に注目し、SbzN (sugar isomerase-like enzyme)遺伝子破壊株において、２位の窒素原子に糖が結合した、非天然型スルホンアミド化合物であることを同定した。また、同様に、SbzE (methyltransferase)の遺伝子破壊株において、脱メチル基化合物を単離し、非天然型化合物と構造決定した。SbzNは既知のC-N結合開裂酵素と相同性を持たず、新規な生合成機構の存在が示唆される。化合物のトリヒドロインダンの左右のC4単位はアスパラギン酸に、中央のC3単位はグリセロールに由来することを安定同位体ラベル化合物取り込み実験により確かめており、その情報をもとに現在、基質を合成し、それぞれの反応をin vitroにて試験している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
テレオシジン生合成酵素に関しては、P450酸化酵素の結晶構造解析に成功し、その複合体解析によって反応機構の推定、非天然型反応の創出を行った。それぞれ構造の異なる基質を作用させることで、5-6-5インドール構造など、様々な骨格の化合物を創出することに成功した。また、スルホンアミド抗生物質アルテミシジンの遺伝子破壊株において、種々の非天然型化合物を単離し、天然に存在しないアルカロイド化合物の創出に成功した。現在、酵素の構造解析、改変によって、さらなる非天然型化合物の創出を試みている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度は、特に酸化酵素TleBに注目し、その結晶構造解析を行ったが、その構造情報をもとにして、in vivoでのTleABCDの反応の改変を行い、サブタイプ特異的なPKC(protein kinase C)活性化化合物を取得する。ゲノムデータベースから見出したテレオシジンホモログクラスターNRPS HinBをTleAと比較し、遺伝子比較、融合による新規機能型NRPSの創出、トリプトファン基質アナログを用いた非天然型化合物の創出に取り組む。また、スルホンアミド抗生物質アルテミシジンの骨格形成反応の構造機能解析に取り組み、その反応の利用、代謝経路の改変によって、非天然型抗生物質の創出を試みる。
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