環状テルペノイドおよびヌクレオシド系抗生物質生合成マシナリーの解明と再構築

• 研究領域: 生合成マシナリー：生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御
• 研究課題/領域番号: 23108101
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大利 徹 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70264679)
• 連携研究者: 加藤 修雄 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (50150537) ; 佐藤 康治 北海道大学, 大学院工学研究院, 助教 (30360928) ; 新井 亮一 信州大学, ファイバーナノテク国際若手研, 助教 (50344023)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 33,540千円 (直接経費: 25,800千円、間接経費: 7,740千円); 2014年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2013年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2012年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: 生合成 / インドールジテルペン / 糸状菌 / プレニルトランスフェラーゼ / フタロシン / ペプチドリガーゼ / パキシリン / ポリオキシン / ジテルペン / フシコクシン

研究成果の概要

①糸状菌が生産するFusicoccinの12位水酸基を除去した誘導体が新規抗がん剤のリード化合物として期待されている。そこで生合成工学により、目的中間体を蓄積する菌株を育種した。②カビ由来のインドールジテルペンの生合成に関与するプレニル基転移酵素PaxC、PaxD、AtmDの機能解析を行った。③メナキノン新規生合成経路中間体であるフタロシンの生成機構の解明を行い、S-アデノシルメチオニン由来のアデノシルラジカルを直接基質に用いる新規酵素の機能解明に成功した。④非タンパク性のアミノ酸をリン酸化し、次いでペプチドのアミノ基を求核剤に用いてアミドを形成する新規ペプチドリガーゼを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] A peptide ligase and the ribosome cooperate to synthesize the peptide pheganomycin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Noike, M., Matsui, T., Ooya, K., Sasaki, I., Ohtaki, S., Hamano, Y., Maruyama, C., Ishikawa, J., Satoh, Y., Ito, H., Morita, H. and Dairi T.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 11 号: 1 ページ: 71-76
  • DOI: 10.1038/nchembio.1697
  • NAID: 120005619608
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ペプチド末端を保護する新たな酵素 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大利 徹
  • 雑誌名: 化学 巻: 70 ページ: 40-44
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Fungal Prenyltransferase Catalyzes the Regular Di-prenylation at Positions 20 and 21 of Paxilline. (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, M. Noike, A. Minami, H. Oikawa, and T. Dairi.
  • 雑誌名: Biosci. Biotech. Biochem. 巻: 78 号: 3 ページ: 448-454
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.882759
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapid reconstitution of biosynthetic machinery for fungal metabolites in Aspergillus oryzae: Total biosynthesis of aflatrem (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tagami, A. Minami, R. Fujii, C. W. Liu, K. Gomi, T. Dairi, H. Oikawa
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 15 号: 14 ページ: 2076-2076
  • DOI: 10.1002/cbic.201402195
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional analysis of a prenyltransferase gene (paxD) in the paxilline biosynthetic gene cluster. (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, M. Noike, A. Minami, H. Oikawa, and T. Dairi.
  • 雑誌名: Appl. Microbiol. Biotech. 巻: 99 号: 1 ページ: 199-206
  • DOI: 10.1007/s00253-013-4834-9
  • NAID: 120005522325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Menaquinone Biosynthesis: Formation of Aminofutalosine Requires a Unique Radical SAM Enzyme (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mahanta, D. Fedoseyenko, T. Dairi, and T. P. Begley
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 41 ページ: 15318-15321
  • DOI: 10.1021/ja408594p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regiospecificities and prenylation mode specificities of the fungal indole diterpene prenyltransferases AtmD and PaxD (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, M. Noike, A. Minami, H. Oikawa, T. Dairi
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 79 号: 23 ページ: 7298-7304
  • DOI: 10.1128/aem.02496-13
  • NAID: 120005451569
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro reconstitution of the radical SAM enzyme MqnC involved in the biosynthesis of futalosine-derived menaquinone. (2013)
  • 著者名/発表者名: LE. Cooper, D. Fedoseyenko, SH. Abdelwahed, SH. Kim, T. Dairi, and TP. Begley.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 号: 27 ページ: 4592-4594
  • DOI: 10.1021/bi400498d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of biosynthetic machinery for indole-diterpene paxilline in Aspergillus oryzae. (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tagami, C. Liu, A. Minami, M. Noike, T. Isaka, S. Fueki, Y. Shichijo, H. Toshima, K, T. Dairi, and H. Oikawa.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 4 ページ: 1260-1263
  • DOI: 10.1021/ja3116636
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular breeding of a fungus producing a precursor diterpene suitable for semi-synthesis by dissection of the biosynthetic machinery (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Noike, Y. Ono, Y. Araki, R. Tanio, Y. Higuchi, H. Nitta, Y. Hamano, T. Toyomasu, T. Sassa, N. Kato, and T. Dairi
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: - 号: 8 ページ: e42090-e42090
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0042090
  • NAID: 120004689045
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Enzyme Catalyzing O-Prenylation of the Glucose Moiety of Fusicoccin A, a Diterpene Glucoside Produced by Fungus (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Noike, C.Liu, Y.Ono, Y.Hamano, T.Toyomasu, T.Sassa, N.Kato, T.Dairi
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 13 号: 4 ページ: 566-573
  • DOI: 10.1002/cbic.201100725
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dioxygenases, key enzymes to determine the aglycon structures of fusicoccin and brassicicene, diterpene compounds produced by fungi (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ono, A.Minami, M.Noike, Y.Higuchi, T.Toyomasu, T.Sassa, N.Kato, T.Dairi
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: Vol.133 号: 8 ページ: 18134-18137
  • DOI: 10.1021/ja107785u
  • 査読あり
• [学会発表] 緩い基質特異性を示すペプチドリガーゼの結晶構造からの考察と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、松井 崇、小笠原泰志、森田洋行、大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] 放線菌が持つペプチドリガーゼオーソログの機能解析-1- (2015)
  • 著者名/発表者名: 川田純平、小笠原泰志、野池基義、大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] 放線菌が持つペプチドリガーゼオーソログの機能解析-2- (2015)
  • 著者名/発表者名: 小笠原泰志、川田純平、野池基義、降旗一夫、大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] リボソームと新規ペプチドリガーゼによる協調的ペプチド生成機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] 高度好熱菌由来メナキノン生合成酵素MqnD-基質・生成物複合体のX線結晶構造解析および酵素反応機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新井 亮一、池田 早希、小松 美沙紀、松尾 京子、大利 徹
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] ペプチド系抗生物質フェガノマイシンの生合成に見いだされた新規ペプチドライゲースPGM1の結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井崇、大瀧翔太、野池基義、大利 徹、森田洋行
  • 学会等名: 平成26年度日本結晶学会
  • 発表場所: 東京大学農学部（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [学会発表] Crystal Structure of a Menaquinone Biosynthetic Enzyme, MqnD, Complexed with its Substrate and Product (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Arai, M. Komatsu, S. Ikeda, K. Matsuo, T. Dairi
  • 学会等名: 15th IUBMB Conference
  • 発表場所: 台北（台湾）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-26
• [学会発表] リボソームと新規ペプチドライゲースによる協同的ペプチド生成機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野池基義, 松井 崇, 雄谷洸一, 佐々木郁雄, 丸山千登勢, 濱野吉十, 石川 淳, 佐藤康治, 伊藤 肇, 森田洋行, 大利 徹
  • 学会等名: 第56回天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 高知県立県民文化ホール（高知県高知市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-17
• [学会発表] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースオーソログの機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川田純平, 小笠原泰志, 野池基義, 大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会北海道支部例会
  • 発表場所: 北海道大学農学部（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-23
• [学会発表] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースは幅広い基質特異性を持つ (2014)
  • 著者名/発表者名: 野池基義, 松井 崇, 佐藤康治, 森田洋行, 大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会北海道支部例会
  • 発表場所: 北海道大学農学部（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-23
• [学会発表] インドールジテルペンの生合成に関与するプレニル基転移酵素に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、藤盛 道子、南 篤志、野池 基義、佐藤 康治、大栗 博毅、及川 英秋、大利 徹
  • 学会等名: 第24回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 高度好熱菌由来メナキノン生合成酵素MqnD-基質(cDHFL)複合体のX 線結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新井 亮一、池田 早希、小松 美沙紀、松尾 京子、大利 徹
  • 学会等名: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースオーソログの機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川田純平, 小笠原泰志, 野池基義, 大利 徹
  • 学会等名: 2014年度（第29回）日本放線菌学会大会
  • 発表場所: つくばカピオ（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [学会発表] 放線菌に見いだされた新規ペプチドライゲースは幅広い基質特異性を持つ (2014)
  • 著者名/発表者名: 野池基義, 松井 崇, 佐藤康治, 森田洋行, 大利 徹
  • 学会等名: 2014年度（第29回）日本放線菌学会大会
  • 発表場所: つくばカピオ（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [学会発表] インドールジテルペンの生合成に関与するプレニル基転移酵素に関する研究－1 (2014)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、南 篤志、野池 基義、戸嶋 浩明、及川 英秋、大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県川崎市）
• [学会発表] インドールジテルペンの生合成に関与するプレニル基転移酵素に関する研究－2 (2014)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、藤盛 道子、南 篤志、野池 基義、佐藤 康治、大栗 博毅、及川 英秋、大利 徹
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県川崎市）
• [学会発表] 麹菌異種発現系を利用した、インドールジテルペン類の迅速な酵素合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田上 紘一、南 篤志、松本 知之、五味 勝也、大利 徹、及川 英秋
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県川崎市）
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが持インドールジテルペン生合成遺伝子クラスターの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、野池基義、田上紘一、南 篤志、及川英秋、大利 徹
  • 学会等名: 2013年度 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東北大学（宮城）
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] ペプチド化合物の新規生合成マシナリー (2013)
  • 著者名/発表者名: 大利 徹
  • 学会等名: 2013年度 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東北大学（宮城）
  • 年月日: 2013-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Functional Analysis of Prenyltransferses Responsible for Diterpene Biosynthesis in Fungi. (2013)
  • 著者名/発表者名: C. W. Liu, M. Noike, A. Minami, H. Oikawa, and T. Dairi.
  • 学会等名: 11th TERPNET meeting
  • 発表場所: Orthodox Academy of Crete, Kolymvari, Crete, Greece.
• [学会発表] インドールジテルペン生合成に関与するプレニル転移酵素は幅広い基質特異性と柔軟なregular/reverse選択性を併せ持つ (2013)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、南 篤志、野池基義、田上紘一、及川英秋、大利 徹
  • 学会等名: 第55回天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 同志社大学寒梅館（京都市）
• [学会発表] 麹菌発現系を利用した糸状菌二次代謝産物生合成遺伝子の解析と物質生産 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南 篤志、田上紘一、千葉諒太、藤居瑠彌、劉 成偉、笛木周平、七條好宏、井坂哲也、戸嶋浩明、五味勝也、大利 徹、及川英秋
  • 学会等名: 第55回天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 同志社大学寒梅館（京都市）
• [学会発表] Functional analysis of prenyltransferses responsible for diterpene biosynthesis in fungi. (2013)
  • 著者名/発表者名: C. W. Liu, M. Noike, A. Minami, H. Oikawa, and T. Dairi.
  • 学会等名: 1st European Conference on Natural Products.
  • 発表場所: DECHEMA-Haus, Frankfurt, Germany
• [学会発表] Dissection of the biosynthetic machinery of fusicoccin A, a diterpene produced by a fungus- Logical breeding for production of a compound suitable for semi-synthesis - (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Noike, Y. Ono, N. Kato, and T. Dairi
  • 学会等名: Malaysian Cambodian Chemical Conference
  • 発表場所: Angkor Century Resort Spa (Cambodia)
  • 年月日: 2012-10-19
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular breeding of a fungus producing a precursor molecule suitable for semi-synthesis, based on the dissection of the biosynthetic machinery (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Dairi
  • 学会等名: Directing Biosynthesis III
  • 発表場所: University of Nottingham (UK)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Molecular breeding of a fungus producing a diterpene intermediate suitable for semi-synthesis based on the dissection of the biosynthetic machinery (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Noike, Y. Ono, N. Kato, and T. Dairi
  • 学会等名: Society of Industrial Microbiology Meeting
  • 発表場所: Hilton Washington （USA）
  • 年月日: 2012-08-12
• [学会発表] Molecular Breeding of a Fungus Producing a Precursor Molecule Suitable for Semi-synthesis, Based on the Dissection of the Biosynthetic Machinery (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Dairi
  • 学会等名: The International Conference of Natural Products Biosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫）
  • 年月日: 2012-06-17
  • 招待講演
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン生合成マシナリーの解明と応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大利徹
  • 学会等名: 平成24年度日本薬学会大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン(FC)生合成マシナリーの機能解明-1- (2012)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、谷尾亮、豊増知伸、佐々武史、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 平成24年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン(FC)生合成マシナリーの機能解明-2- (2012)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、荒木祐治、劉成偉、小野裕介、濱野吉十、樋口雄介、豊増知伸、佐々武史、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 平成24年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン(FC)生合成マシナリーの機能解明-3- (2012)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、長野竜郎、濱野吉十、樋口雄介、豊増知伸、佐々武史、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 平成24年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン生合成マシナリーの全容解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 平成24年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliのゲノム解析によるフシコクシン生合成遺伝子クラスターの同定・機能解析と応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 第6回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 立教大学(東京)
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが持つインドールジテルペン生合成遺伝子クラスターの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、野池基義、田上紘一、南 篤志、及川英秋、大利 徹
  • 学会等名: 第22回ドリコールイソプレノイド研究会
  • 発表場所: 新潟大学駅南キャンパス（新潟）
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン生合成マシナリーの全容解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大利徹
  • 学会等名: 科研費「生合成マシナリー」第3回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学(東京)
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] カビが生産するジテルペン(フシコクシン)生合成マシナリーの全容解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、荒木祐治、谷尾亮、濱野吉十、樋口雄介、豊増知伸、佐々武史、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 第21回ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 島根大学(松江市)
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] 糸状菌Phomopsis amygdaliが生産するフシコクシン生合成マシナリーの全容解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野池基義、小野裕介、荒木祐治、谷尾亮、濱野吉十、樋口雄介、豊増知伸、佐々武史、加藤修雄、大利徹
  • 学会等名: 第53回天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター(大阪市)
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 微生物が生産する環状テルペノイド生合成マシナリーの解明と再構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大利徹
  • 学会等名: 科研費「生合成マシナリー」第2回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学大学院薬学研究科(東京)
  • 年月日: 2011-06-04
• [学会発表] インドールジテルペン・パキシリンの酵素的全合成
  • 著者名/発表者名: 田上紘一、劉 成偉、南 篤志、野池基義、大利 徹、及川英秋
  • 学会等名: 平成25年度、万有札幌シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学工学部（札幌市）
• [学会発表] 環状テルペノイドおよびヌクレオシド系抗生物質生合成マシナリーの解明と再構築
  • 著者名/発表者名: 大利 徹
  • 学会等名: 生合成マシナリー：第５回公開シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学工学部（札幌市）
• [学会発表] インドールジテルペン生合成に関与するプレニル転移酵素は幅広い基質特異性と柔軟なregular/reverse選択性を併せ持つ
  • 著者名/発表者名: 劉 成偉、南 篤志、野池基義、田上紘一、及川英秋、大利 徹
  • 学会等名: 第２３回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 東京大学農学部（東京都文京区）
• [図書] ビタミンKと疾患 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大利 徹（分担執筆）
  • 総ページ数: 287
  • 出版者: 医薬ジャーナル社
• [備考] 多様なペプチドのアミノ末端をキャッピングする酵素を発見 （工学研究院 教授 大利 徹）（PDF）
  • URL: http://www.hokudai.ac.jp/news/141125_pr_eng.pdf
• [備考] 研究成果
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/tre/ABCLab_jp/index.php?ARTICLE
• [備考]
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/tre/