繰返しタイプI型ポリケタイド合成酵素の反応制御基盤

• 研究課題/領域番号: 17H03995
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 天然資源系薬学
• 研究機関: 北里大学 (2021); 岩手医科大学 (2017-2020)
• 研究代表者: 藤井 勲 北里大学, 薬学部, 客員教授 (70181302)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: ポリケタイド / ポリケタイド合成酵素 / 生合成 / iPKS / 構造解析

研究成果の概要

糸状菌に見られる繰返しタイプI型ポリケタイド合成酵素（iPKS）について、特異的な炭素骨格が構築される反応制御機構の解明とその生物合成への応用を目的として、本研究ではshimalactone生合成の還元型iPKSであるShmAを中心として、生合成遺伝子クラスターの同定、麹菌や酵母での発現を行い、shimalactoneの生合成では特異的な2つのビシクロ環形成反応が前駆体から非酵素的に進行することを明らかにした。また、麹菌発現株からのShmAタンパク精製を行い、iPKS三次元立体構造解析への基盤作りを行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

糸状菌は様々なポリケタイド化合物を生産し、重要な医薬供給源となっている。本研究では、神経突起生成活性を有し特異なビシクロ環構造をもつシマラクトンについて、ポリケタイド合成酵素ShmAを含むシマラクトン生合成遺伝子クラスターを同定するとともにShmAタンパクの異種発現、精製法を確立した。これは今後のポリケタイド合成酵素を利用した生物合成系開発への足掛かりとなるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Monapinone Coupling Enzyme Produces Non-Natural Heterodimers (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohte Satoshi、Toyoda Masayuki、Kobayashi Keisuke、Fujii Isao、Ohshiro Taichi、Tomoda Hiroshi
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 11 号: 8 ページ: 1015-1015
  • DOI: 10.3390/catal11081015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel angular naphthopyrone formation by Arp1p dehydratase involved in <i>Aspergillus fumigatus</i> melanin biosynthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Nambu Natsuki、Tsai Huei‐Fung、Chang Yun C.、Kwon‐Chung K. J.、Yoshida Tomoki、Tanaka Nobutada、Tomoda Hiroshi、Ebizuka Yutaka、Fujii Isao
  • 雑誌名: Environmental Microbiology Reports 巻: 13 号: 6 ページ: 822-829
  • DOI: 10.1111/1758-2229.13013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shimalactone Biosynthesis Involves Spontaneous Double Bicyclo‐Ring Formation with 8π‐6π Electrocyclization (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Fujii、M. Hashimoto、K. Konishi、A. Unezawa、H. Sakuraba、K. Suzuki、H. Tsushima、M. Iwasaki、S. Yoshida、A. Kudo、R. Fujita、A. Hichiwa、K. Saito、T. Asano、J. Ishikawa、D. Wakana、Y. Goda、A. Watanabe、M. Watanabe、Y. Masumoto、J. Kanazawa、H. Sato、M. Uchiyama
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 号: 22 ページ: 8464-8470
  • DOI: 10.1002/anie.202001024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional expression of a highly-reducing polyketide synthase of Emericella variecolor IFM42010, an asteltoxin-producing strain, resulted in production of two polyenoic β-ketolactones with opposite stereochemistry (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Makoto、Ichijo Hitomi、Fujiwara Kotaro、Sugasawa Hitoshi、Abo Seika、Matsudo Kimihito、Uchiyama Nahoko、Goda Yukihiro、Fujii Isao
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 巻: 29 号: 24 ページ: 126686-126686
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the biosynthetic gene cluster for himeic acid A, a ubiquitin-activating enzyme (E1) inhibitor, in Aspergillus japonicus (2018)
  • 著者名/発表者名: Makoto Hashimoto, Hikaru Kato, Ayako Katsuki, Sachiko, Tsukamoto, Isao Fujii
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 号: 6 ページ: 535-539
  • DOI: 10.1002/cbic.201700584
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] pH-Dependent production of himeic acid A and its non-enzymatic conversions to himeic acids B and C (2018)
  • 著者名/発表者名: Ayako Katsuki, Hikaru Kato, Yurika Tahara, Makoto Hashimoto, Isao Fujii, Sachiko Tsukamoto
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 巻: 26 号: 8 ページ: 1869-1874
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2018.02.034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a Fungal Multicopper Oxidase That Catalyzes the Regioselective Coupling of a Tricyclic Naphthopyranone To Produce Atropisomers (2018)
  • 著者名/発表者名: Mio Kawaguchi, Taichi Ohshiro, Masayuki Toyoda, Satoshi Ohte, Junji Inokoshi, Isao Fujii, Hiroshi Tomoda
  • 雑誌名: Angwandte Chemie Int. Edt. 巻: 57 号: 18 ページ: 5115-5119
  • DOI: 10.1002/anie.201800415
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] シマラクトン生合成遺伝子の酵母異種発現 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飛知和あいか、齋藤来春、橋元 誠、浅野 孝、藤井 勲
  • 学会等名: 第140年会日本薬学会、京都
• [学会発表] シマラクトン生合成遺伝子の酵母異種発現系の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤来春、飛知和あいか、小野寺駿太、志賀勇貴、橋元 誠、浅野 孝、藤井 勲
  • 学会等名: 第58回日本薬学会東北支部大会、仙台
• [学会発表] 糸状菌ポリケタイドの生物合成研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井 勲
  • 学会等名: 第41回東北薬学セミナー、仙台
  • 招待講演
• [学会発表] Emericella variecolor GF10のメロテルペノイド生合成遺伝子クラスター (2019)
  • 著者名/発表者名: 内藤未早妃、工藤 萌、千葉 環、松川美保、宮 彩子、橋元 誠、林 宏明、藤井 勲
  • 学会等名: 第138年会日本薬学会
• [学会発表] ユビキチン活性化酵素の選択的阻害剤himeic acid AのpH依存的生成とhimeic acids B, Cへの非酵素的変換 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝木理子、田原由莉歌、加藤 光、橋元 誠、藤井 勲、塚本佐知子
  • 学会等名: 第60回天然有機化合物討論回
• [学会発表] ゲノム編集技術CRISPR/Cas9を用いた糸状菌天然物の異種生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優哉、瀧野純矢、椎名哲也、鵜飼孝大、南篤志、尾﨑太郎、劉 成緯、藤井 勲、丸山潤一、及川英秋
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9システムを用いた糸状菌由来天然物の異種生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優哉、瀧野純矢、椎名哲也、鵜飼孝大、南 篤志、尾﨑太郎、劉 成偉、藤井 勲、丸山潤一、及川英秋
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Asteltoxin生産菌Emericella variecolor IFM42010由来ポリケタイド合成酵素遺伝子の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋元 誠、安保聖香、松戸公仁、佐藤紀恵、藤井 勲
  • 学会等名: 第56年会日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] 糸状菌Emericella variecolor IFM4210のasteltoxin生合成遺伝子 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋元 誠、佐藤紀恵、藤井 勲
  • 学会等名: 第17回糸状菌分子生物学コンファレンス
• [学会発表] 植物病原性糸状菌で見いだされたalternapyrone生合成遺伝子クラスターの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優哉、南 篤志、熊倉直祐、Gan Pamela、尾崎太郎、劉 成緯、藤井 勲、白須 賢、及川英秋
  • 学会等名: 第17回糸状菌分子生物学コンファレンス
• [備考] 岩手医科大学薬学部天然物化学分野ホームページ
  • URL: http://inpc.iwate-med.ac.jp/iNPC_IMU/HOME.html
• [備考] 岩手医科大学薬学部・天然物化学分野ホームページ
  • URL: http://inpc.iwate-med.ac.jp/iNPC_IMU/HOME.html
• [備考] 岩手医科大学薬学部天然物化学講座ホームページ
  • URL: http://inpc.iwate-med.ac.jp