テルペン環化酵素の遷移状態制御機構の解明とその機能改変

• 研究課題/領域番号: 17KT0095
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 特設分野
• 研究分野: 遷移状態制御
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 淡川 孝義 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (80609834)
• 研究期間 (年度): 2017-07-18 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017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: テルペン環化 / 生合成酵素 / メロテルペノイド / 遷移状態 / 非天然化合物 / テルペン / 二次代謝 / ゲノムマイニング / テルペン環化酵素

研究成果の概要

本研究では、テルペン環化の遷移状態モデルを酵素にドッキングすることによって、テルペン環化酵素がカチオンを安定化し、様々な転位へと導くための遷移状態制御機構を解明し。その知見を元に酵素に変異を導入することで、天然のものとは異なるテルペン環化パターンを創出した。また、特に、セスタテルペン環化酵素、メロテルペノイド環化酵素、プレニル部酸化酵素に注目し、新たなテルペン環化酵素とその修飾酵素をゲノムデータベース上より見出し、それらの生成物に関する情報を取得することで、天然のテルペン環化に関する酵素制御について知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アルテミシニン(寄生虫薬、2015年ノーベル医学生理学賞)、パクリタキセル(抗がん剤として広く利用)に代表されるように、テルペン化合物は多くの医薬品資源を含む。酵素を用いて、有用テルペノイド化合物を合成するためには、その生合成の鍵反応であるテルペン環化反応への理解が必要不可欠である。本研究では、テルペン環化反応の理解と制御のために、その遷移状態の酵素制御様式の解明、新規テルペン環化酵素の取得を行った。この結果で得られた、酵素配列の詳細な比較、テルペン環化酵素の反応制御によって、酵素を用いた新規医薬品製造技術の開発が進むことが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] ピッツバーグ大学(米国)
• [国際共同研究] Jinan大学(中国)
• [国際共同研究] ピッツバーグ大学(米国)
• [国際共同研究] Jinan大学(中国)
• [国際共同研究] 上海有機化学研究所(中国)
• [国際共同研究] ピッツバーグ大学(米国)
• [雑誌論文] Beijinchromes A–D, Novel Aromatic Compounds Isolated from <i>Nocardia beijingensis</i> NBRC 16342 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Awakawa Takayoshi、Zhang Huiping、Hayashi Fumiaki、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＆ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＢＵＬＬＥＴＩＮ 巻: 67 号: 8 ページ: 775-777
  • DOI: 10.1248/cpb.c19-00364
  • NAID: 130007686331
  • ISSN: 0009-2363, 1347-5223
  • 年月日: 2019-08-01
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular basis for the P450-catalyzed C-N bond formation in indolactam biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: He Fei、Mori Takahiro、Morita Iori、Nakamura Hitomi、Alblova Miroslava、Hoshino Shotaro、Awakawa Takayoshi、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 15 号: 12 ページ: 1206-1213
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0380-9
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Complete biosynthetic pathways of ascofuranone and ascochlorin in Acremonium egyptiacum (2019)
  • 著者名/発表者名: Araki Yasuko、Awakawa Takayoshi、Matsuzaki Motomichi、Cho Rihe、Matsuda Yudai、Hoshino Shotaro、Shinohara Yasutomo、Yamamoto Masaichi、Kido Yasutoshi、Inaoka Daniel Ken、Nagamune Kisaburo、Ito Kotaro、Abe Ikuro、Kita Kiyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 未定 号: 17 ページ: 8269-8274
  • DOI: 10.1073/pnas.1819254116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular basis for the plasticity of aromatic prenyltransferases in hapalindole biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Awakawa Takayoshi、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Beilstein Journal of Organic Chemistry 巻: 15 ページ: 1545-1551
  • DOI: 10.3762/bjoc.15.157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploitation and application of unique actinomycetical alkaloid biosynthetic enzymes (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa
  • 雑誌名: Actinomycetologica 巻: 33
• [雑誌論文] Multidomain P450 Epoxidase and a Terpene Cyclase from the Ascochlorin Biosynthetic Pathway in Fusarium sp. (2019)
  • 著者名/発表者名: Quan Zhiyang、Awakawa Takayoshi、Wang Dongmei、Hu Yue、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 21 号: 7 ページ: 2330-2334
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b00616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aminoacyl sulfonamide assembly in SB-203208 biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hu Zhijuan、Awakawa Takayoshi、Ma Zhongjun、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 184-184
  • DOI: 10.1038/s41467-018-08093-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of β‐Alkylation Machinery and Two Sets of Ketosynthase‐Chain‐Length Factors in the Biosynthesis of Fogacin Polyketides in Actinoplanes missouriensis (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Kei、Katsuyama Yohei、Yokota Kousuke、Awakawa Takayoshi、Tezuka Takeaki、Ohnishi Yasuo
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 20 号: 8 ページ: 1039-1050
  • DOI: 10.1002/cbic.201800640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mirilactams C–E, Novel Polycyclic Macrolactams Isolated from Combined-Culture of <i>Actinosynnema mirum</i> NBRC 14064 and Mycolic Acid-Containing Bacterium (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Ozeki Masahiro、Wong Chin Piow、Zhang Huiping、Hayashi Fumiaki、Awakawa Takayoshi、Morita Hiroyuki、Onaka Hiroyasu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＆ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＢＵＬＬＥＴＩＮ 巻: 66 号: 6 ページ: 660-667
  • DOI: 10.1248/cpb.c18-00143
  • NAID: 130007382327
  • ISSN: 0009-2363, 1347-5223
  • 年月日: 2018-06-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total Enzyme Syntheses of Napyradiomycins A1 and B1 (2018)
  • 著者名/発表者名: McKinnie Shaun M. K.、Miles Zachary D.、Jordan Peter A.、Awakawa Takayoshi、Pepper Henry P.、Murray Lauren A. M.、George Jonathan H.、Moore Bradley S.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 51 ページ: 17840-17845
  • DOI: 10.1021/jacs.8b10134
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation and Heterologous Reconstitution of Chrodrimanin B Biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Bai Tongxuan、Quan Zhiyang、Zhai Rui、Awakawa Takayoshi、Matsuda Yudai、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 20 号: 23 ページ: 7504-7508
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03268
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Reprogramming of the antimycin NRPS-PKS assembly lines inspired by gene evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Awakawa Takayoshi、Fujioka Takuma、Zhang Lihan、Hoshino Shotaro、Hu Zhijuan、Hashimoto Junko、Kozone Ikuko、Ikeda Haruo、Shin-Ya Kazuo、Liu Wen、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3534-3534
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05877-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Catenulobactins A and B, Heterocyclic Peptides from Culturing Catenuloplanes sp. with a Mycolic Acid-Containing Bacterium (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Ozeki Masahiro、Awakawa Takayoshi、Morita Hiroyuki、Onaka Hiroyasu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 81 号: 9 ページ: 2106-2110
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.8b00261
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthesis of the teleocidin-type terpenoid indole alkaloids (2018)
  • 著者名/発表者名: Awakawa Takayoshi、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 16 号: 26 ページ: 4746-4752
  • DOI: 10.1039/c8ob00803e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthetic pathway for furanosteroid demethoxyviridin and identification of an unusual pregnane side-chain cleavage (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.Wang, G.-Q., Chen, G.-D., Qin, S.-Y., Hu, D., Awakawa, T., Li, S.-Y., Lv, J.-M., Wang, C.-X., Yao, X.-S., Abe, I., Gao, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1838-1838
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04298-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular insights into the Mg2+-dependent allosteric control of indole prenylation by aromatic prenyltransferase AmbP1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe Ikuro、Awakawa Takayoshi、Mori Takahiro、Nakashima Yu、Zhai Rui、Wong Chin Piow、Hillwig Matthew、Liu Xinyu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 印刷中 号: 23 ページ: 6810-6813
  • DOI: 10.1002/anie.201800855
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Umezawamides, new bioactive polycyclic tetramate macrolactams isolated from a combined-culture of Umezawaea sp. and mycolic acid-containing bacterium (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Wong Chin Piow、Ozeki Masahiro、Zhang Huiping、Hayashi Fumiaki、Awakawa Takayoshi、Asamizu Shumpei、Onaka Hiroyasu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: The Journal of Antibiotics 巻: 71 号: 7 ページ: 653-657
  • DOI: 10.1038/s41429-018-0040-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure function and engineering of multifunctional non-heme iron dependent oxygenases in fungal meroterpenoid biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Yu、Mori Takahiro、Nakamura Hitomi、Awakawa Takayoshi、Hoshino Shotaro、Senda Miki、Senda Toshiya、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02371-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two Distinct Substrate Binding Modes for the Normal and Reverse Prenylation of Hapalindoles by the Prenyltransferase AmbP3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Wong Chin Piow、Awakawa Takayoshi、Nakashima Yu、Mori Takahiro、Zhu Qin、Liu Xinyu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 2 ページ: 560-563
  • DOI: 10.1002/anie.201710682
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Biosynthetic study of sulfonamide natural product antibiotics (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa, Zhijuan Hu, Haibing He, Takahiro Mori, Ikuro Abe
  • 学会等名: 3rd International Conference on Natural Product Discovery and Development in the Genomic Era
  • 国際学会
• [学会発表] 微生物からの医薬品骨格生合成酵素の発掘と利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会(学術奨励賞受賞講演)
  • 招待講演
• [学会発表] 非リボソーマルペプチド-ポリケタイド合成酵素モジュール相互作用の精密解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 文野 伶音、森 貴裕、淡川 孝義、阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] Penicillium arizonense由来メロテルペノイドAustalideの生合成研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 劉 薇、白 桐暄、淡川 孝義、阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] Function and structure analysis of a multifunctional cupin dioxygenase in sulfonamide biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa, Zhijuan Hu, Haibing He, Takahiro Mori, Ikuro Abe
  • 学会等名: Gordon Conference Enzyme
  • 国際学会
• [学会発表] 放線菌アルカロイド生合成酵素の発掘および物質生産 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義
  • 学会等名: 第３４回放線菌学会(学術奨励賞受賞講演)
  • 招待講演
• [学会発表] 微生物医薬品骨格生合成酵素の発掘とその利用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義
  • 学会等名: 日本薬学会関東支部会
  • 招待講演
• [学会発表] スルホンアミド抗生物質の生合成研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義、胡 志娟、何 海兵、森 貴裕、阿部 郁朗
  • 学会等名: 第八回食品薬学シンポジウム
• [学会発表] アスコフラノン生合成の天然物化学 糸状菌メロテルペノイドの生合成反応の多様性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義
  • 学会等名: KISTECセミナー(神奈川)
  • 招待講演
• [学会発表] Reprogramming of the antimycin NRPS-PKS assembly lines inspired by gene evolution (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa
  • 学会等名: 2nd China-Japanese Joint Symposium on the Biosynthesis of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] S-N結合形成に関わる新規多段階型酸化酵素の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義, 胡志娟, 阿部郁朗
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
• [学会発表] 微生物からの新規医薬品骨格生合成酵素の発掘と利用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌由来スルホンアミド含有アルカロイドの生合成研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義、胡志娟、阿部郁朗
  • 学会等名: 第33回日本放線菌学会
• [学会発表] NRPS-PKSモジュール酵素リプログラミング による新規デプシペプチド生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義、藤岡拓真、張驪駻、星野翔太郎、胡志娟、橋本絢子、小曽根郁子、池田治生、新家一男、劉文、阿部郁朗
  • 学会等名: 第60回天然有機化合物討論会
• [学会発表] NRPS-PKSモジュール酵素リプログラミング による新規デプシペプチド生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義、藤岡拓真、張驪駻、星野翔太郎、胡志娟、橋本絢子、小曽根郁子、池田治生、新家一男、劉文、阿部郁朗
  • 学会等名: 第22回 天然薬物の開発と応用シンポジウム
• [学会発表] 微生物アルカロイド生合成経路の開拓と物質生産への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義
  • 学会等名: 高磁場・高感度NMR利活用促進のための天然物分野シンポジウム2018
  • 招待講演
• [学会発表] Hapalindole/ambiguine生合成に関わるプレニル基転移酵素AmbP1のX線構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義, 中嶋 優, Chin Piow WONG, 森 貴裕, Xinyu LIU, 阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] メロテルペノイドVerruculide A/Chrodrimanin Aの生合成研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白 桐暄, 全 智揚, 淡川 孝義, 阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] 複合培養法を利用した希少放線菌からの生物活性物質探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 星野 翔太郎, 淡川 孝義, 浅水 俊平, 尾仲 宏康, 阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] スルホンアミド類天然物SB－203207とSB－203208の生合成研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 胡 志娟, 淡川 孝義, 阿部 郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] Two distinct substrate binding modes for the normal and reverse prenylations of hapaindoles by the prenyltransferase AmbP3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Chin Piow WONG, 淡川 孝義, 中嶋 優, 森 貴裕, Xinyu LIU, 森田 洋行, 阿部郁朗
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] 放線菌由来アルカロイドSB-203208の生合成研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義, 胡志娟, 阿部郁朗
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018大会
• [学会発表] Biosynthesis of SB-203207 and SB-203208 (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa
  • 学会等名: Gordon conference, GRC Enzyme&co-factor（国際学会）
  • 国際学会
• [学会発表] 放線菌由来アルカロイドSB-203208の生合成研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 淡川孝義, 胡志娟, 阿部郁朗
  • 学会等名: 第32回日本放線菌学会大会
• [学会発表] Biosynthesis of teleocidin B, a protein kinase C activator with unique indole terpenoid structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Awakawa
  • 学会等名: LRIPF Meeting (桂林, 中国)（招待講演）（国際学会）
  • 国際学会
• [図書] Comprehensive Natural Products III: Chemistry and Biology (2020)
  • 著者名/発表者名: Awakawa Takayoshi、Liu Xinyu
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: Elsevier
• [図書] バイオサイエンスとインダストリー (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒木康子、淡川孝義、松崎素道、阿部郁朗
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: バイオインダストリー協会
• [図書] テルペンインドールアルカロイドテレオシジンの生合成反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 有機合成化学協会誌
• [図書] 微生物由来テルペンインドールアルカロイド-テレオシジン生合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 淡川 孝義、阿部 郁朗
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 東京大学大学院薬学系研究科天然物化学教室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~tennen/head.htm