アミノ基キャリアタンパク質を介する生合成機構の解明と二次代謝産物構造多様性の拡張

• 研究課題/領域番号: 17H06168
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西山 真 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00208240)
• 研究分担者: 富田 武郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (50447364)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 208,910千円 (直接経費: 160,700千円、間接経費: 48,210千円); 2021年度: 30,810千円 (直接経費: 23,700千円、間接経費: 7,110千円); 2020年度: 29,640千円 (直接経費: 22,800千円、間接経費: 6,840千円); 2019年度: 31,460千円 (直接経費: 24,200千円、間接経費: 7,260千円); 2018年度: 51,480千円 (直接経費: 39,600千円、間接経費: 11,880千円); 2017年度: 65,520千円 (直接経費: 50,400千円、間接経費: 15,120千円)
• キーワード: 微生物 / 放線菌 / 生合成 / 二次代謝 / 構造生物学 / キャリアタンパク質 / 生物活性物質 / アミノ基キャリアタンパク質 / アミノ酸 / 二次代謝産物 / 構造解析 / マレイマイシン / 結晶構造解析

研究成果の概要

アミノ基キャリアタンパク質(AmCP)は、自身のC末端にアミノ基を介して結合した基質を生合成酵素に運ぶ新しいタンパク質である。本研究では、放線菌を主たる研究対象として各生合成酵素の立体構造及びAmCP認識機構を解明すると共に、AmCPを介して二次代謝産物を生合成するシステムによる天然化合物の構造多様性を創出・拡張機構を解明することを目指したものであり、いくつかの新規かつユニークな機構の発見・解明に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

AmCPは、微生物の塩基性アミノ酸生合成だけでなく、二次代謝産物の生合成においても重要な機能を果たす。本研究により、AmCPを介して生合成される化合物の多くは新規非タンパク質性アミノ酸であり、それらが様々な生物活性物質へと組み込まれることが分かった。これらは、これまでの生物活性物質の探索で見落とされてきた天然化合物群であり、新規反応を含む多様な生合成システムの解析により、天然化合物の多様性創出機構の解明に貢献した。

評価記号

検証結果 (区分)

A-

研究成果

• [国際共同研究] フライブルグ大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Involvement of subdomain II in the recognition of acetyl-CoA revealed by the crystal structure of homocitrate synthase from Sulfolobus acidocaldarius (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Tomita, T., Hirayama, K., Suzuki, M., Kuzuyama, T., and Nishiyama M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 288 号: 6 ページ: 1975-1988
  • DOI: 10.1111/febs.15527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of a Highly Reducing Type II PKS System Reveals 6π-Electrocyclization Is Required for o-Dialkylbenzene Biosynthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang J, Yuzawa S, Thong WL, Shinada T, Nishiyama M, Kuzuyama T.
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 143 号: 7 ページ: 2962-2969
  • DOI: 10.1021/jacs.0c13378
  • 査読あり
• [雑誌論文] アミノ基キャリアタンパク質を介して生合成される新規天然物の探索と特異なN–N結合形成機構の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田研一，西山 真
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 号: 1 ページ: 130-135
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920130
  • NAID: 40022176215
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2020-02-25
• [雑誌論文] Guanidyl modification of the 1-azabicyclo[3.1.0]hexane ring in ficellomycin essential for its biological activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, S., Matsuda, K., Hasebe, F., Shiraishi, T., Shin-ya, K., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
  • 雑誌名: Organic and Biomolecular Chemistry 巻: 15 号: 27 ページ: 5137-5144
  • DOI: 10.1039/d0ob00339e
  • 査読あり
• [雑誌論文] A suicide enzyme catalyzes multiple reactions for biotin biosynthesis in cyanobacteria (2020)
  • 著者名/発表者名: Kei Sakaki, Keita Ohishi, Tetsu Shimizu, Ikki Kobayashi, Naoki Mori, Kenichi Matsuda, Takeo Tomita, Hidenori Watanabe, Kan Tanaka, Tomohisa Kuzuyama and Makoto Nishiyama
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol. 巻: 16 号: 4 ページ: 415-422
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0461-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical characterization of archaeal homocitrate synthase from Sulfolobus acidocaldarius (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Akiyama, N., Ayako, Y., Tomita, T., Lassak, K., Haurat, M. F., Okada, T., Takahashi, K., Albers, S.-V., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 594 号: 1 ページ: 126-134
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13550
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An ornithine ω-aminotransferase required for growth in the absence of exogenous proline in the archaeon Thermococcus kodakarensis (2018)
  • 著者名/発表者名: Zheng Ren-Chao、Hachisuka Shin-ichi、Tomita Hiroya、Imanaka Tadayuki、Zheng Yu-Guo、Nishiyama Makoto、Atomi Haruyuki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 10 ページ: 3625-3636
  • DOI: 10.1074/jbc.ra117.001222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of Unprecedented Hydrazine-Forming Machinery in Bacteria (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Kenichi、Tomita Takeo、Shin-ya Kazuo、Wakimoto Toshiyuki、Kuzuyama Tomohisa、Nishiyama Makoto
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 29 ページ: 9083-9086
  • DOI: 10.1021/jacs.8b05354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nobel stand-alone RAM-domain mediated catalytic control of anthranilate phosphoribosyltransferase in tryptophan biosynthesis in Thermus thermophilus (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kubota, H. Matsushita, T. Tomita, S. Kosono, M. Yoshida, T. Kuzuyama, M. Nishiyama
  • 雑誌名: Extremophiles 巻: 1 号: 1 ページ: 73-83
  • DOI: 10.1042/bcj20160699
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genome mining of amino group carrier protein-mediated machinery: discovery and biosynthetic characterization of a natural product with unique hydrazone unit (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda, F. Hasebe, Y. Shiwa, Y. Kanesaki, T. Tomita, H. Yoshikawa, K. Shin-ya, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 12 号: 1 ページ: 124-131
  • DOI: 10.1021/acschembio.6b00818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of LysK, an enzyme catalyzing the last step of lysine biosynthesis in Thermus thermophilus, in complex with lysine: Insight into the mechanism for recognition of the amino-group carrier protein, LysW (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fujita, F. Hasebe, S.-H. Cho, T. Tomita, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 491 号: 2 ページ: 409-415
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.088
  • 査読あり
• [学会発表] 放線菌由来1-azabicyclo[3.1.0]hexane環含有化合物におけるアジリジン環合成機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黒澤菫、長谷部文人、岡村仁則、吉田彩子、富田武郎、滝川浩郷、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2022年度日本農芸化学会 京都大会
• [学会発表] マレイマイシン類生合成経路の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 曽根祐輔、Muhammad Prima PUTRA、松田研一、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2022年度日本農芸化学会 京都大会
• [学会発表] 放線菌においてAmCPを介して生産される新規天然化合物の探索と同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮永寛哉、曽根祐輔、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2022年度日本農芸化学会 京都大会
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilusのリジン生合成におけるタンパク質間相互作用に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森田裕太郎、叶思言、吉田彩子、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2022年度日本農芸化学会 京都大会
• [学会発表] 高度好熱菌Thermus thermophilusのリジン生合成におけるLysVの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田裕太郎、叶思言、吉田彩子、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2021年極限環境生物学会年会
• [学会発表] Streptomyces lydicusにおけるAmCPを介して生合成される新規化合物の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林勇太、曽根祐輔、吉田彩子、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 2021年度(第35回)日本放線菌学会大会
• [学会発表] AmCPを介して生合成される新規二次代謝産物の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮永寛哉、曽根祐輔、吉田彩子、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 生合成若手シンポジウム
• [学会発表] Type II AmCPを介した二次代謝産物の生合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 曽根祐輔、Muhammad Prima Putra、松田 研一、古園さおり、西山真
  • 学会等名: 生合成若手シンポジウム
• [学会発表] 超好熱性アーキアにおけるリジン・アルギニン生合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2021年度大会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] type II AmCPを介して生合成される新規アミノ酸の同定及び生合成に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 曽根 祐輔、Muhammad Prima PUTRA、松田 研一、古園 さおり、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2021年度大会
• [学会発表] Studies on the biosynthetic machinery in secondary metabolism of Streptomyces to form 1-azabicyclo[3.1.0]hexane ring via aziridine ring (2021)
  • 著者名/発表者名: Sumire KUROSAWA, Kenichi MATSUDA, Fumihito HASEBE, Takeo TOMITA, Tomohisa KUZUYAMA, Saori KOSONO, Makoto NISHIYAMA
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2021年度大会
• [学会発表] 放線菌の生産する抗細菌化合物Ficelomycinの生合成機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: ビタミンB研究協議会
• [学会発表] 放線菌の生産するアザビシクロ環含有化合物vazabitide A生合成におけるアジリジン環合成経路に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 菫、松田 研一、長谷部 文人、富田 武郎、葛山 智久、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2020年度大会
• [学会発表] Serratia sp. ATCC 39006におけるアミノ基キャリアタンパク質を介した生合成についての研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平島 佑樹、曽根 祐輔、菊池 恒志郎、富田 武郎、葛山 智久、古園 さおり、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2020年度大会
• [学会発表] typeII AmCPを介して生合成されるマレイマイシン類の生合成機構に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 曽根 祐輔、Muhammad Prima PUTRA、松田 研一、葛山 智久、古園 さおり、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2020年度大会
• [学会発表] 微生物は未知の物質変換系の宝庫である (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山 真
  • 学会等名: 福井県立大学 福井バイオインキュベーションセンター設立5周年記念 特別講演会
• [学会発表] Biosynthesis and modification of azabicyclo ring-containing compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 2nd China-Japan Symposium on Natural Product Biosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アザビシクロ環含有ジペプチドficellomycinの生合成機構に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒澤菫、松田研一、長谷部文人、富田武郎、葛山智久、西山真
  • 学会等名: 2019年度日本農芸化学会大会
• [学会発表] 超好熱・好酸性古細菌Sulfolobus acidocaldarius由来のホモクエン酸合成酵素の構造・機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木智大、富田武郎、葛山智久、西山真
  • 学会等名: 2019年度日本農芸化学会大会
• [学会発表] Maleimycin Biosynthesis is mediated by Type II Amino-group Carrier Protein in Streptomyces sp. (2019)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Prima Putra, Kenichi Matsuda, Takeo Tomita, Kazuo Shin-ya, Tomohisa Kuzuyama, Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 2019年度日本農芸化学会大会
• [学会発表] Amino group carrier protein, a new platform in primary and secondary metabolite biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 2nd EFB-AFOB Joint Symposium on Applied Biocatalysis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Amino-group carrier protein-mediated biosynthesi of primary and secondary metabolites (2018)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 2018 Sino-Japan Symposium on Biocatalysis and Biotransformation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒドラジンを生合成する酵素システムの発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西山真
  • 学会等名: 第453回ビタミンB研究協議会
• [学会発表] Amino-group carrier protein, a new key machinery contributing to expansion of structural diversity of secondary metabolite (2018)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 1st Japanese-German Symposium on Biosynthesis and Function of Natural Products
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Discovery of unprecedented lysine biosynthesis using a carrier protein in Thermus thermophilus (2018)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: International Workshop on 50th anniversary of Thermus thermophilus discovery
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放線菌の生産するアザビシクロ環含有化合物の生合成機構に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒澤菫、西山真
  • 学会等名: 第9回醗酵学フォーラム
• [学会発表] 微生物における生合成機能の多様性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西山 真
  • 学会等名: 第32回 バイオテクノロジー懇談会(応用微生物・分子細胞性物学研究奨励会)
  • 招待講演
• [学会発表] ficellomycin生合成におけるアザビシクロ環の修飾機構に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 菫、松田 研一、長谷部 文人、富田 武郎、葛山 智久、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 超好熱・好酸性古細菌Sulfolobus acidocaldariusのホモクエン酸合成酵素の構造・機能及びフィードバック阻害機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 智大、富田 武郎、葛山 智久、西山 真
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] Studies on Secondary Metabolic Pathway Mediated by Type II Amino-group Carrier Protein in Streptomyces sp. (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Prima PUTRA , K. Matsuda, T. Tomita, K. Shin-ya, T. Kuzuyama, M. Nishiyama
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] Secondary metabolite biosynthesis mediated by amino-group carrier protein in Streptomyces (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: 9th US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Secondary metabolite biosynthesis mediated by amino-group carrier protein in Streptomyces (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: Joint Symposium on Microbial Biotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Amino-group carrier protein mediated amino acid biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: The 19th Japanese-German Workshop on Enzyme Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] atural compound biosynthesis mediated by amino-group carrier protein: discovery of novel N-N bond forming enzyme system (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Nishiyama
  • 学会等名: New Trends in Enzyme and Microbial Science in the Translational Biology Era
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放線菌におけるアミノ基キャリアタンパク質を介して生合成される非タンパク性アミノ酸の修飾機構に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒澤菫, 松田研一, 長谷部文人, 葛山智久, 西山真
  • 学会等名: 日本放線菌学会2017年度大会
• [学会発表] Studies on secondary metabolic pathway mediated by type II amino-group carrier protein (AmCP)in Streptomyces sp. (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Prima Putra,K. Naito, K. Matsuda, T. Tomita, K. Shin-ya, T. Kuzuyama, M. Nishiyama
  • 学会等名: 日本放線菌学会2017年度大会
• [備考] 東京大学生物生産工学研究センター 細胞機能工学研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/