小分子シグナル化合物による休眠二次代謝遺伝子の一括発現と有用生物活性物質の探索

• 研究課題/領域番号: 16K14915
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物有機化学
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 荒川 賢治 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (80346527)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: シグナル分子 / 二次代謝生合成 / 放線菌 / ゲノムマイニング / P450 / デヒドロゲナーゼ / ブテノライド

研究成果の概要

放線菌の二次代謝は、シグナル分子により誘導制御されている。本研究では、放線菌Streptomyces rocheiが有するブテノライド型シグナル分子SRBに注目し、菌群における構造多様性および生合成機構、さらには合成酵素と機能の相関性解明を目指し、以下の成果を得た。
(1) ランダムに選択した放線菌80株は SRB型分子を有さず、構造特異性が示唆された。(2) SRB生合成について、P450モノオキシゲナーゼSrrOはC-6'メチレン酸化反応に関与することを解明した。(3) SRB型分子の休眠二次代謝誘導能を解析したところ、SRB添加により代謝プロファイルが変化した放線菌の存在が認められた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Alberta(カナダ)
• [国際共同研究] Heliopolis University(エジプト)
• [国際共同研究] Weizmann Institute of Science(イスラエル)
• [国際共同研究] Oregon State University(米国)
• [国際共同研究] Srinakharinwirot University(タイ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] University of Alberta(カナダ)
• [国際共同研究] Weizmann Institute of Science(イスラエル)
• [雑誌論文] Quinoprotein dehydrogenase functions at the final oxidation step of lankacidin biosynthesis in Streptomyces rochei 7434AN4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yamauchi, Yosi Nindita, Keisuke Hara, Asako Umeshiro, Yu Yabuuchi, Toshihiro Suzuki, Haruyasu Kinashi, Kenji Arakawa
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 145-152
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.03.006
  • NAID: 40021645308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of metabolic pathway controlled by signaling molecules, inducers of antibiotic production, for genome mining in Streptomyces spp. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Arakawa
  • 雑誌名: Antonie van Leeuwenhoek 巻: 111 号: 5 ページ: 743-751
  • DOI: 10.1007/s10482-018-1052-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular characterization of aspartylglucosaminidase, a lysosomal hydrolase upregulated during strobilation in the moon jellyfish, Aurelia aurita. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsujita,N., Kuwahara,H., Koyama,H., Yanaka,N., Arakawa,K., Kuniyoshi,H.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 81 号: 5 ページ: 938-950
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1285686
  • 査読あり
• [雑誌論文] A flavanone derivative from the Asian medicinal herb (Perilla frutescens) potently suppresses IgE-mediated immediate hypersensitivity reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Rikiya Kamei, Takashi Fujimura, Miki Matsuda, Kotaro Kakihara, Noriko Hirakawa, Kenji Baba, Kazuhisa Ono, Kenji Arakawa, Seiji Kawamoto
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 483 号: 1 ページ: 674-679
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.083
  • 査読あり
• [雑誌論文] 二次代謝生合成・制御系の合目的改変により取得したアゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成及び生物活性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 國武 博文, 岸本 拓也, 達川 綾香, 木梨 陽康, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 雑誌名: 第５９回天然有機化合物討論会講演要旨集 巻: 59 ページ: 657-662
• [雑誌論文] Antitumor activity of lankacidin antibiotics is due to microtubule stabilization via a paclitaxel-like mechanism (2016)
  • 著者名/発表者名: Ahmed Taha Ayoub, Rabab Ahmed, Jack Xiao, Cody Wayne Lewis, Tatiana Tilli, Kenji Arakawa, Yosi Nindita, Gordon Chan, Luxin Sun, Mark Glover, Mariusz Klobukowski, Jack Tuszynski
  • 雑誌名: J. Med. Chem. 巻: 59 号: 20 ページ: 9532-9540
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00597
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 放線菌のシグナル分子制御系改変による休眠二次代謝の誘導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 74 ページ: 40-42
  • NAID: 40020705892
• [雑誌論文] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの単離・構造決定および生合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 波多江 希，津田 直人，木梨 陽康，荒川 賢治
  • 雑誌名: 第５３回天然有機化合物討論会講演要旨集, 巻: 53 ページ: 575-580
  • NAID: 130007723013
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiのシグナル分子生合成におけるP450モノオキシゲナーゼの基質認識多様性の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] Maniwamycinの生合成遺伝子クラスターの解析および生物活性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 達川 綾香，岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 抗生物質生産を誘導するSRBブテノライド型シグナル分子の分子多様性解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiにおけるキノン補酵素のと構造および生合成の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原 圭佑，梅代 亜紗子，荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝制御系の解析と物質生産への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 見崎 裕也，岩國 美由季，高橋 譲，鈴木 敏弘，木梨 陽康，荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] ミズクラゲのストロビレーションに伴って発現変動する新規分泌タンパク質遺伝子ファミリーの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻田 菜摘, 小山 寛喜, 渡部 彰大, 荒川 賢治, 国吉 久人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] ミズクラゲに対するストロビレーション阻害物質の活性の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井 夏鈴, 黒田 理絵, 辻田 菜摘, 小山 寛喜, 荒川 賢治, 国吉 久人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] Genome mining, biosynthesis, and biological activity of azoxyalkene compound in Streptomyces rochei (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: Department of Pharmaceutical Sciences Seminars
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会
• [学会発表] アゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岸本 拓也, 國武 博文, Yosi Nindita, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会
• [学会発表] Streptomyces rochei変異株が高蓄積するポリケチド化合物の生合成解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山手 直貴, 片岡 憂祐, Yosi Nindita, 木梨 陽康, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会
• [学会発表] ミズクラゲのストロビレーションに伴って発現増加するリソソーム加水分解酵素遺伝子群の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻田 菜摘, 小山 寛喜, 辻 敏之, 矢中 規之, 荒川 賢治, 国吉 久人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] Analysis of secondary metabolites in plasmidless mutants of Streptomyces rochei 7434AN4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, Kuninobu Inada, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産誘導シグナル分子SRBの生合成経路の網羅的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 謝 麗, 河原 弘幸, 木梨 陽康, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの多重変異株が生産するアゾキシアルケン化合物 KA57-A の生合成機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岸本 拓也, 國武 博文, Yosi Nindita, 木梨 陽康, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] Biosynthetic investivation of secondary metabolites induced by genome-wide metabolic engineering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Arakawa
  • 学会等名: 2nd US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researche
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2017-03-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 刺胞動物ミズクラゲの変態とリソソーム加水分解酵素群の関連 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻田 菜摘, 小山 寛喜, 辻 敏之, 矢中 規之, 荒川 賢治, 国吉 久人
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会 合同大会
• [学会発表] Biochemistry and biotechnology of Actinobacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 平成29年度日本・アジア青少年サイエンス交流事業（さくらサイエンスプラン）
  • 招待講演
• [学会発表] Structure, activity and biosynthetic investigation of butenolide-type signaling molecules SRBs that induce antibiotic production in Streptomyces rochei (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 1st China-Japan Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発酵学と抗生物質生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: NHK文化センター講座「これまでの発酵学、これからの発酵学」
  • 招待講演
• [学会発表] 二次代謝生合成・制御系の合目的改変により取得したアゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成及び生物活性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 國武 博文, 岸本 拓也, 達川 綾香, 木梨 陽康, 福本 敦1, 安齊 洋次郎1, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第59回天然有機化合物討論会
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝を誘導するシグナル分子SRBの生合成に関わるP450モノオキシゲナーゼSrrOの生理学的・生化学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第69回大会
• [学会発表] Plasmid-assisted random genome deletion in Streptomyces rochei affects secondary metabolites production (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, Amirudin Akhmad Fauzi, Yiwen Zhang, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: 日本生物工学会第69回大会
• [学会発表] Streptomyces rochei のシグナル分子生合成におけるP450モノオキシゲナーゼ遺伝子の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第32回日本放線菌学会大会
• [学会発表] Plasmid loss in Streptomyces rochei 7434AN4 induces silent secondary metabolite production (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, Kuninobu Inada, Amirudin Akhmad Fauzi, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: 第32回日本放線菌学会大会
• [学会発表] 特異生合成マシナリーの解明を目指したアゾキシアルケン化合物の構造および生合成遺伝子解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 達川 綾香，岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第32回日本放線菌学会大会
• [学会発表] 抗生物質生産を誘導するブテノライド型シグナル分子の分子多様性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第32回日本放線菌学会大会
• [学会発表] リンの酸化還元状態の変換に関与する微生物の分布と解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣田 隆一, 池田 丈, 荒川 賢治, 黒田 章夫
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
• [学会発表] 抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導する放線菌シグナル分子の分子基盤解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
  • 学会等名: 2017年度生物工学若手研究者の集い（若手会）夏のセミナー
• [学会発表] Genome mining and biosynthetic investigation of azoxyalkene compound produced by a multiple gene disruptant of Streptomyces rochei (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 9th US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products, Enzymology, Structural Biology, and Drug Discovery
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Manipulation of regulatory pathway controlled by signaling molecules SRBs, inducer of antibiotic production in Streptomyces rochei, for genome mining (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The tap-tpg gene pair from the linear plasmids of Streptomyces rochei 7434AN4 maintains the linearity of its chromosome (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosi NINDITA, Zhisheng CAO, Yingjie YANG, Yuh SHIWA, Hirofumi YOSHIKAWA, Michihira TAGAMI, Alexander LEZHAVA, Haruyasu KINASHI, Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • 国際学会
• [学会発表] A P450 monooxygenase SrrO is involved in signaling molecyle SRB biosynthesis in Streptomyces rochei (2017)
  • 著者名/発表者名: Aiko TESHIMA, Nozomi HADAE, Naoto TSUDA, Haruyasu KINASHI, and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • 国際学会
• [学会発表] Wide genome deletions in Streptomyces rochei led to the production of silent secondary metabolites (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosi NINDITA and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: A3 Foresight 2017 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Altering the phenotypes on secondary metabolites and morphological differentiation in plasmidless mutants of Streptomyces rochei (2017)
  • 著者名/発表者名: Amirudin Akhmad FAUZI, Yosi NINDITA, and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: A3 Foresight 2017 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Overview of Biosynthetic Pathway of SRB Molecules that Induce Antibiotic Production in Streptomyces rochei (2017)
  • 著者名/発表者名: Aiko TESHIMA and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: A3 Foresight 2017 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Structural diversity of butenolide-type signaling molecules in Streptomyces species (2017)
  • 著者名/発表者名: Miho SUMIYOSHI, Aiko TESHIMA, and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: A3 Foresight 2017 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Biosynthetic investigation of azoxyalkene compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayaka TATSUKAWA, Takuya KISHIMOTO, Hirofumi KUNITAKE, Atsushi FUKUMOTO Yojiro ANZAI, and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: A3 Foresight 2017 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導する放線菌シグナル分子の単離・構造決定・生合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 東京大学薬学部天然物化学教室・第96回セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝制御系の合理的改変による休眠二次代謝のゲノムマイニング (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: HiHA第８回Workshop
  • 発表場所: 広島大学先端研
  • 年月日: 2016-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rochei生合成制御系変異株の二次代謝プロファイル解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩國 美由季，高橋 譲，鈴木 敏弘，木梨 陽康，荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第68回大会
  • 発表場所: 富山国際会議場
  • 年月日: 2016-09-30
• [学会発表] 放線菌二次代謝合成・制御系の合理的改変による休眠二次代謝の発掘 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 第６８回日本生物工学会大会シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場
  • 年月日: 2016-09-29
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの単離・構造決定および生合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 波多江 希，津田 直人，木梨 陽康，荒川 賢治
  • 学会等名: 第58回天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 仙台・東北大学川内北キャンパス
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Comparative genome analysis of Streptomyces rochei for morphological differentiation and secondary metabolism (2016)
  • 著者名/発表者名: Yiwen Zhang, Yosi Nindita, Kuninobu Inada, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: 第31回日本放線菌学会大会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] アゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成機構および生物活性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸本 拓也, 國武 博文, Yosi Nindita, 木梨 陽康, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第31回日本放線菌学会大会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] Secondary metabolites of YN-P145, the plasmidless mutants of Streptomyces rochei 7434AN4 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, Kuninobu Inada, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: 第31回日本放線菌学会大会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rochei変異株が高蓄積するポリケチド化合物の生合成遺伝子解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山手 直貴, 片岡 憂祐, Yosi Nindita, 木梨 陽康, 国吉 久人, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第31回日本放線菌学会大会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成経路の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 謝 麗, 河原 弘幸, 木梨 陽康, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第31回日本放線菌学会大会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] Biosynthetic investigation of azoxyalkene compound produced by a multiple gene disruptant of Streptomyces rochei (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Arakawa
  • 学会等名: 第１２回（2016年度）生合成勉強会
  • 発表場所: 東京大学農学部
  • 年月日: 2016-07-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] くすりを作る微生物「放線菌」の潜在能力を探る (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: ローズサロン7月例会
  • 発表場所: 福山ニューキャッスルホテル
  • 年月日: 2016-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌の抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導するシグナル分子の単離・構造決定・生合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部創立15周年記念 第23回若手シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2016-05-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 細胞機能化学研究室・荒川グループのホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/Arakawa/intro-J.html
• [備考] 細胞機能化学研究室・荒川グループホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/Arakawa/intro-J.html