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複数の遺伝子領域が関与する糸状菌二次代謝物の構造多様化機構の解明

Research Project

Project/Area Number 21K14795
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
Research InstitutionUniversity of Shizuoka

Principal Investigator

岸本 真治  静岡県立大学, 薬学部, 助教 (40814330)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsベンゾフラン / フミマイシン / 酵素反応 / 糸状菌二次代謝 / 構造多様化
Outline of Research at the Start

一般的にかびと呼ばれる糸状菌は様々な化合物を生産することが知られている。この化合物の生産に関与する遺伝子を生合成遺伝子と呼ぶが、一般的に一つの化合物の生産に関与する生合成遺伝子はゲノム中の同じ領域に集まって存在している。しかし、中には複数の遺伝子領域に存在する遺伝子が関与して生産される化合物も存在し、そのようなケースではどのようにして化合物の生産が制御されているのか未解明であることが多い。本研究ではそのような例であるフミマイシンやレントフラニンの生合成機構を遺伝子操作や酵素反応によって明らかにすることで、複数の遺伝子領域に存在する遺伝子が関与する化合物生産についての理解を深める。

Outline of Annual Research Achievements

ヒト病原糸状菌Aspergillus lentulusが生産する新規化合物レントフラニンは二種類の化合物テレイン、フミマイシンと同じポリケチド合成酵素によって生合成されていることがこれまでの研究で判明している。本研究は構造の異なるこの三種類の化合物の作り分けのメカニズムを解明することを目的として行った。
まずこれらの骨格がどのように構築されているかを明らかにするべく同位体標識実験を行ったところ、レントフラニンとフミマイシンの芳香環の標識パターンが一致した。また、テレインの生合成遺伝子クラスター(Alterクラスター)中の遺伝子のノックアウトライブラリーを作製して解析することで、このクラスター中の三つの遺伝子のみがレントフラニンとフミマイシンの生合成に関与していることを明らかにした。これにより、テレインはこの三つの遺伝子が働いた後にAlterクラスター中の遺伝子が修飾することで生合成される一方、ベンゾフラン骨格を有するレントフラニンとフミマイシンは別の領域の遺伝子が働くことで生じていることが明らかとなった。
レントフラニンとフミマイシンの構造形成に関わる別の遺伝子についてはAlterクラスターで形成される箇所を除いた化合物の構造から推測した。この推測した非リボソームペプチド合成酵素遺伝子をノックアウトすると、両化合物の生産が完全に消失した。これによりAlterクラスターによって構築された骨格に非リボソームペプチド合成酵素によって合成される化合物が縮合することでレントフラニンとフミマイシンが生成していることが明らかとなった。さらにこの酵素について大腸菌を用いて精製酵素を取得し、Alterクラスター産物を模したヒドロキノンを添加して反応させることでフミマイシン類似化合物を生じさせることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

テレインと他二つの化合物の分岐点を明らかにすることができた。また、フミマイシンについては類縁化合物の創製に成功しており、現在そのメカニズム解明も進行中である。レントフラニンについてはまだ理論段階であるものの、現在解明途中のフミマイシン生成メカニズムから類推することができている。

Strategy for Future Research Activity

フミマイシン型の類縁化合物の生成には成功したがレントフラニン型については精製酵素を用いた反応でまだ生成に成功していない。別の遺伝子が必要なのか、それとも何らかの条件が適していないのか現在精査中である。別の遺伝子が関与している場合には発現条件が一致あるいは近い遺伝子を中心に探索する予定である。しかし、さらに別の領域に存在する遺伝子が関与する場合は現在の技術では見つけることが難しい。そこで、現在明らかにしている生合成酵素と相互作用する酵素を生産菌であるAspergillus lentulus中で探索する方法を確立することを計画している。

Report

(1 results)
  • 2021 Research-status Report

Research Products

(13 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Alkaloid Biosynthetic Enzyme Generates Diastereomeric Pair via Two Distinct Mechanisms2022

    • Author(s)
      Kishimoto Shinji、Matsubara Yuya、Watanabe Kenji
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 144 Pages: 5485-5493

    • DOI

      10.1021/jacs.1c13621

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isolation of Natural Prodrug-Like Metabolite by Simulating Human Prodrug Activation in Filamentous Fungus2022

    • Author(s)
      Okamoto Takumi、Kishimoto Shinji、Watanabe Kenji
    • Journal Title

      CHEMICAL & PHARMACEUTICAL BULLETIN

      Volume: 70 Issue: 4 Pages: 304-308

    • DOI

      10.1248/cpb.c21-01099

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ベンゾフラン骨格を有する糸状菌由来天然物fumimycinおよびlentofuranineの生合成研究2022

    • Author(s)
      南歩実、渡邉正悟、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 糸状菌Aspergillus lentulus由来新規化合物lentopeptin A, Bの生合成機構2022

    • Author(s)
      松原有也、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ベンゾフラン骨格を有する糸状菌由来天然物fumimycinおよびlentofuranineの生合成研究2022

    • Author(s)
      南歩実、渡邉正悟、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 糸状菌Aspergillus lentulus由来新規化合物lentopeptin A, Bの生合成機構2022

    • Author(s)
      松原有也、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 二次代謝における酵素反応と非酵素反応2021

    • Author(s)
      岸本真治
    • Organizer
      日本生薬学会第67回年会 若手シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 病原性アスペルギルス属真菌が産生する免疫抑制化合物sphingofungin類の生合成機構の解明2021

    • Author(s)
      永井拓実、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      第23回天然薬物の開発と応用シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ベンゾフラン骨格を有する糸状菌由来天然物fumimycinおよびlentofuranineの生合成研究2021

    • Author(s)
      南歩実、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      第23回天然薬物の開発と応用シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 糸状菌Aspergillus lentulusの生産する新規天然物lentopeptin類の単離、構造決定および生合成2021

    • Author(s)
      松原有也、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      第23回天然薬物の開発と応用シンポジウム
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Aspergillus属糸状菌が産生する免疫抑制化合物sphingofungin類の生合成機構の解明2021

    • Author(s)
      永井拓実、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第67回年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 特異なベンゾフラン骨格を有する糸状菌由来天然物の生合成研究2021

    • Author(s)
      南歩実、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第67回年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Aspergillus lentulusの生産する新規天然物lentopeptin A,Bの構造決定と生合成解析2021

    • Author(s)
      松原有也、岸本真治、渡辺賢二
    • Organizer
      日本生薬学会第67回年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2022-12-28  

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