天然物生合成における特異な変換反応を触媒するラジカルSAM酵素の機能解析

• 研究課題/領域番号: 18H02095
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37020:生物分子化学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 江口 正 東京工業大学, 理学院, 教授 (60201365)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: ラジカルSAM酵素 / 天然物 / 生合成 / 反応機構 / ラジカルSAM酵 / 機能解析

研究成果の概要

本研究は、ラジカルS-アデノシルメチオニン（ラジカルSAM)酵素の機能および反応機構解析を目的とし、バクテリオホパンの生合成遺伝子クラスターに含まれるラジカルSAM酵素HpnH及び環状ペプチド化合物Q-6402-Aに含まれる非タンパク質性アミノ酸である1-アミノ-2-メチルシクロプロパンカルボン酸の生合成におけるラジカルSAM酵素Orf29を研究対象とした。その結果、バクテリオホパン生合成において、HpnHはジプロプテンを（22R）-アデノシルホパンに変換することを明らかにした。また、Orf29はS-アデノシルメチオニンのメチル化反応を触媒することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では未解明のラジカルSAM酵素の機能および反応機構解析を目的とした。生体内酵素反応は、すべてイオン的な反応メカニズムによって触媒されると考えられてきた。しかし、有機ラジカル中間体が関与する酵素反応の例が明らかになり始め、現在ではラジカル中間体を経由する反応機構が広く受け入れられている。ラジカル機構を利用する酵素は、イオン的なメカニズムによって触媒するのが難しい、あるいは不可能と考えられる反応がラジカル中間体を経て反応を進行させている。本研究で明らかにしたラジカルSAM酵素の反応はラジカルを経て行われる酵素化学の深化および新たな酵素化学の領域を築けたと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of the Cobalamin-Dependent Radical SAM C-Methyltransferase Fom3 in Fosfomycin Biosynthesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Sato, Fumitaka Kudo, Tadashi Eguchi
  • 雑誌名: Methods Enzymol. 巻: 669 ページ: 45-70
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2021.11.025
  • ISBN: 9780323955577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical and Mutational Analysis of Radical S-Adenosyl-L-Methionine Adenosylhopane Synthase HpnH from Zymomonas mobilis Reveals that the Conserved Residue Cysteine-106 Reduces a Radical Intermediate and Determines the Stereochemistry (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Shusuke、Kudo Fumitaka、Rohmer Michel、Eguchi Tadashi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 60 号: 38 ページ: 2865-2874
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.1c00536
  • 査読あり
• [雑誌論文] C-Methylation of S-adenosyl-L-Methionine Occurs Prior to Cyclopropanation in the Biosynthesis of 1-Amino-2-Methylcyclopropanecarboxylic Acid (Norcoronamic Acid) in a Bacterium (2020)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Chitose、Chinone Yukiko、Sato Shusuke、Kudo Fumitaka、Ohsawa Kosuke、Kubota Junya、Hashimoto Junko、Kozone Ikuko、Doi Takayuki、Shin-ya Kazuo、Eguchi Tadashi、Hamano Yoshimitsu
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 10 号: 5 ページ: 775-775
  • DOI: 10.3390/biom10050775
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of Radical SAM Adenosylhopane Synthase, HpnH, which Catalyzes the 5′-Deoxyadenosyl Radical Addition to Diploptene in the Biosynthesis of C35 Bacteriohopanepolyols (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Shusuke、Kudo Fumitaka、Rohmer Michel、Eguchi Tadashi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 号: 1 ページ: 237-241
  • DOI: 10.1002/anie.201911584
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 抗生物質ホスホマイシン生合成の全貌解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤秀亮, 工藤史貴, 江口正
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 77 ページ: 378-379
  • 査読あり
• [雑誌論文] C-Methylation Catalyzed by Fom3, a Cobalamin-Dependent Radical S-adenosyl-l-methionine Enzyme in Fosfomycin Biosynthesis, Proceeds with Inversion of Configuration (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, S., Kudo, F., Kuzuyama, T., Hammerschmidt, F., Eguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57 号: 33 ページ: 4963-4966
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00614
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biochemical and structural analysis of FomD that catalyzes the hydrolysis of cytidylyl (S)-2-hydroxypropylphosphonate in fosfomycin biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, S., Miyanaga, A., Kim, S. Y., Kuzuyama, T., Kudo, F., Eguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57 号: 32 ページ: 4858-4866
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00690
  • 査読あり
• [学会発表] 1-アミノ-2-メチルシクロプロパンカルボン 酸生合成におけるメチル基転移酵素の機能 解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湊 敦志、佐藤 秀亮、丸山 千登勢、濱野 吉十 、工藤 史貴、江口 正
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] バクテリオホパンポリオール生合成において炭素-炭素結合形成反応を触媒 するラジカル SAM 酵素 HpnH の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 秀亮，工藤 史貴，Michel Rohmer，江口 正
  • 学会等名: 第63回天然有機化合物討論会
• [学会発表] バクテリオホパンポリオール生合成において炭素-炭素結合形成反応を触媒するラジカルSAM酵素HpnHの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 秀亮、工藤 史貴、Michel Rohmer、江口 正
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] Radical SAM C-Methylation in Fosfomycin Biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Sato, Fumitaka Kudo, Tomohisa Kuzuyama, Tadashi Eguchi
  • 学会等名: 日本化学会 第99春季年会
• [学会発表] ホスホマイシン生合成における新規加水分解酵素 FomD の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤秀亮，宮永顕正，工藤史貴，葛山智久， 江口 正
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度(平成31年度)大会
• [備考] 江口・工藤研究室
  • URL: http://www.chemistry.titech.ac.jp/~eguchi/index.html
• [備考] 東京工業大学 理学院 化学系 江口・工藤研究室
  • URL: http://www.chemistry.titech.ac.jp/~eguchi/