セスタテルペン合成酵素の合理的機能改変による新規有用天然物の創出

• 研究課題/領域番号: 17J09712
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生物分子化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三橋 隆章 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: テルペン合成酵素 / テルペノイド / セスタテルペン合成酵素

研究実績の概要

本年度においては、特に、糸状菌の一種であるEmericella variecolor NBRC 32302に由来する酵素EvQSを対象に、変異体を作成した。EvQSは、quiannulateneと呼ばれる化合物の合成を担う酵素である。Quiannulateneは、非常に複雑な5-5-5-6-5員環構造を持つセスタテルペンとして知られており、EvQSは、環化反応を触媒することで、直鎖状の化合物であるGFPPから、こうした複雑構造を持つ化合物を作り出すことができる。このような高度な反応がどのように制御されているのかを、変異体の解析を通じ、明らかにしたいと考えた。変異体の作成にあたっては、基質を受け入れるポケットを形成しているアミノ酸残基に変異を加えるという方法を取ることとした。すなわち、酵素内において基質と隣接して存在しているアミノ酸残基に変異を加えることで、酵素内における基質のコンフォメーションに変化を与えることができ、酵素が触媒する環化反応のパターンを変化させることができるのではないかと考えた。また、酵素内において基質と隣接しているアミノ酸残基を予測するにあたっては、EvQSおよびその他の既知セスタテルペン合成酵素の３次元構造について、ホモロジーモデリング法によるモデル作成を行い、このモデルに基づき基質を受け入れるポケットを形成しているアミノ酸残基を予測した。更に、それらアミノ酸残基の内、異なる環化パターンを示す酵素間で異なるものについて重点的に変異を導入し、活性の検討に取り組んでいる。また、こうした実験的手法に加え、EvQSが触媒する酵素反応の詳細なメカニズムについて、計算化学の手法を用いた検討もおこなっている。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Beijing University of Chinese Medicine(中国)
• [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Structural Elucidation of Tenebrathin: Cytotoxic C-5-Substituted γ-Pyrone with a Nitroaryl Side Chain from Streptoalloteichus tenebrarius (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Mitsuhashi Takaaki、Kikuchi Takashi、Wong Chin Piow、Morita Hiroyuki、Awakawa Takayoshi、Fujita Makoto、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 21 号: 16 ページ: 6519-6522
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02443
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biomimetic Synthesis of Meroterpenoids by Dearomatization‐Driven Polycyclization (2019)
  • 著者名/発表者名: Powers Zachary、Scharf Adam、Cheng Andrea、Yang Feng、Himmelbauer Martin、Mitsuhashi Takaaki、Barra Lena、Taniguchi Yoshimasa、Kikuchi Takashi、Fujita Makoto、Abe Ikuro、Porco John A.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 号: 45 ページ: 16141-16146
  • DOI: 10.1002/anie.201910710
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inherent atomic mobility changes in carbocation intermediates during the sesterterpene cyclization cascade (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Hajime、Mitsuhashi Takaaki、Yamazaki Mami、Abe Ikuro、Uchiyama Masanobu
  • 雑誌名: Beilstein Journal of Organic Chemistry 巻: 15 ページ: 1890-1897
  • DOI: 10.3762/bjoc.15.184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural and computational bases for dramatic skeletal rearrangement in anditomin biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakashima, Y., Mitsuhashi, T., Matsuda, Y., Senda, M., Sato, H., Yamazaki, M., Uchiyama, M., Senda, T. & Abe, I.
  • 雑誌名: JACS 巻: 140 号: 30 ページ: 9743-9750
  • DOI: 10.1021/jacs.8b06084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystalline Sponge Method Enabled the Investigation of a Prenyltransferase-terpene Synthase Chimeric Enzyme, Whose Product Exhibits Broadened NMR Signals (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Kikuchi Takashi、Hoshino Shotaro、Ozeki Masahiro、Awakawa Takayoshi、Shi She-Po、Fujita Makoto、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 20 号: 18 ページ: 5606-5609
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02284
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Computational Studies on Biosynthetic Carbocation Rearrangements Leading to Quiannulatene: Initial Conformation Regulates Biosynthetic Route, Stereochemistry, and Skeleton Type (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Hajime、Mitsuhashi Takaaki、Yamazaki Mami、Abe Ikuro、Uchiyama Masanobu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 45 ページ: 14752-14757
  • DOI: 10.1002/anie.201807139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chimeric Terpene Synthases Possessing both Terpene Cyclization and Prenyltransfer Activities (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 号: 11 ページ: 1106-1114
  • DOI: 10.1002/cbic.201800120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Characterization of Two Chimeric Sesterterpene Synthases from Penicillium (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Rinkel Jan、Okada Masahiro、Abe Ikuro、Dickschat Jeroen S.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 23 号: 42 ページ: 10053-10057
  • DOI: 10.1002/chem.201702766
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Chimeric αβγ Diterpene Synthases Possessing both Type?II Terpene Cyclase and Prenyltransferase Activities (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Okada Masahiro、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 18 号: 21 ページ: 2104-2109
  • DOI: 10.1002/cbic.201700445
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 遺伝子情報と結晶スポンジ法が拓く超速物質探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三橋 隆章、谷口 慈将、菊池 貴、阿部 郁朗、藤田 誠
  • 学会等名: 第61回天然有機化合物討論会
• [学会発表] ゲノムマイニングと結晶スポンジ法を組み合わせた超速天然物探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三橋 隆章, 谷口 慈将, 那須 徳廣, 永榮 慧, 菊池 貴, 村井 恵一, 葛山 智久, 阿部 郁朗, 藤田 誠
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 化学－酵素法による非天然型メロテルペノイドの創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三橋 隆章, Zack POWERS, 淡川 孝義, John PORCO, 阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会 第139年会
• [学会発表] プレニル基転移酵素とII型テルペン環化酵素の活性を併せ持つキメラ型酵素の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三橋隆章、岡田正弘、阿部郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] 新規炭素骨格を有するセスタテルペノイドの探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三橋隆章，岡田正弘，Jeroen S. Dickschat, 阿部郁朗
  • 学会等名: 日本生薬学会第64回年会
• [学会発表] Sesterterpene synthases from Emericella variecolor (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Mitsuhashi, M. Okada, Y. Matsuda, T. Mori, I. Abe
  • 学会等名: The 13th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of Isoprenoids (TERPNET 2017)
  • 国際学会