酵素の基質誤認識を利用するバイオ触媒の創成

• 研究課題/領域番号: 21685018
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 荘司 長三 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (90379587)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2011年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2010年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2009年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
• キーワード: 酵素化学 / 蛋白質 / 酵素反応 / バイオテクノロジー / 生体機能利用 / シトクロムP450 / 疑似基質 / 過酸化水素 / ガス状アルカン / P450

研究概要

本来対象とする基質に構造がよく似たおとりの分子(デコイ分子)を酸素原子添加酵素のシトクロムP450に取り込ませて基質誤認識を誘導することにより,アミノ酸置換を施すこと無しに,対象基質とは全く構造の異なる基質を酸化することができるバイオ触媒系を開発することに成功した.天然酵素の基質特異性が大幅に変更できるだけでなく,取り込ませるデコイ分子の構造の違いにより酸化反応の酸化活性とエナンチオ選択性が制御可能であることを示した.

研究成果

• [雑誌論文] Chiral-Substrate-Assisted Stereoselective Epoxidation Catalyzed by H_2O_2-Dependent Cytochrome P450_<SPα> (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fujishiro, O. Shoji, N. Kawakami, T. Watanabe, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Biocatalysts Using the Myoglobin Scaffold for the Synthesis of Indigo from Indole (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Xu, O. Shoji, T. Fujishiro, T. Ohki, T. Ueno, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 2 号: 4 ページ: 739-744
  • DOI: 10.1039/c2cy00427e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of H2O2-dependent Cytochrome P450SPαwith its Bound Fatty Acid Substrate : Insight into the Regioselective Hydroxylation of Fatty Acids at theαPosition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Fujishiro, O. Shoji, S. Nagano, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 286 号: 34 ページ: 29941-29950
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.245225
  • 査読あり
• [雑誌論文] Use of Perfluoro Carboxylic Acids Trick Cytochrome P450BM3 into Initiating Hydroxylation of Gaseous Alkanes (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 50 号: 23 ページ: 5315-5318
  • DOI: 10.1002/anie.201007975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of H2O2-Dependent Oxidation Catalyzed by Hemoproteins (2011)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Metallomics 巻: 3 号: 4 ページ: 379-388
  • DOI: 10.1039/c0mt00090f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Design of Heme Proteins for Future Application (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Catalysis Surveys from Asia 巻: 15 号: 2 ページ: 134-143
  • DOI: 10.1007/s10563-011-9117-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-covalent Modification of the Active Site of Cytochrome P450 for Inverting the Stereoselectivity of Monooxygenation (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Fujishiro, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 52,(3) 号: 3 ページ: 395-397
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2010.11.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-covalent modification of the active site of cytochrome P450 for inverting the stereoselectivity of monooxygenation (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Fujishiro, O.Shoji, Y.Watanabe
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 52 ページ: 395-397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Understanding Substrate Misrecognition of Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450 from Bacillus Subtilis (2010)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, T. Fujishiro, S. Nagano, S. Tanaka, T. Hirose, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem. 巻: 15,(8) 号: 8 ページ: 1331-1339
  • DOI: 10.1007/s00775-010-0692-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aromatic C-H bond Hydroxylation by P450 Peroxygenases : A Facile Colorimetric Assay for Monooxygenation Activities of Enzymes Based on the Russig's Blue Formation (2010)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, C. Wiese, T. Fujishiro, C. Shirataki, B. Wunsch, Y. Watanabe
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem. 巻: 15,(7) 号: 7 ページ: 1109-1115
  • DOI: 10.1007/s00775-010-0671-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Understanding Substrate Misrecognition of Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450 from Bacillus Subtilis (2010)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji, T.Fujishiro, S.Nagano, S.Tanaka, T.Hirose, Y.Shiro, Y.Watanabe
  • 雑誌名: J.Biol.Inorg.Chem. 巻: 15 ページ: 1331-1339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aromatic C-H bond hydroxylation by P450 peroxygenases : A facile colorimetric assay for monooxygenation activities of enzymes based on the Russig's Blue formation (2010)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji, C.Wiese, T.Fujishiro, C.Shirataki, B.Wnsch, Y.Watanabe
  • 雑誌名: J.Biol.Inorg.Chem. 巻: 15 ページ: 1109-1115
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヘム酵素の創成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺芳人、荘司長三
  • 雑誌名: 酵素工学ニュース 酵素工学研究会誌 61 ページ: 6-12
• [雑誌論文] Use of Perfluoro Carboxylic Acids to Trick Cytochrome P450BM3 into Initiating Hydroxylation of Gaseous Alkanes
  • 著者名/発表者名: N.Kawakami, O.Shoji, Y.Watanabe
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed. 巻: (印刷中 未定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Design of Heme Proteins for Future Application
  • 著者名/発表者名: H.Nakajima, O.Shoji, Y.Watanabe
  • 雑誌名: Catalysis Surveys from Asia 巻: (印刷中 未定)
  • 査読あり
• [学会発表] 鎖脂肪酸水酸化酵素の基質誤認識誘導によるガス状アルカンの水酸化反応 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • 発表場所: 慶應義塾大学(横浜)(特別講演)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 疑似基質による酸化酵素の誤作動とガス状アルカンの水酸化反応 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三,渡辺芳人
  • 学会等名: 平成23年度 高難度選択酸化反応研究会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-01-28
• [学会発表] 疑似基質による酸化酵素の誤作動とガス状アルカンの水酸化反応 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、渡辺芳人
  • 学会等名: 平成23年度高難度選択酸化反応研究会シンポジウム
  • 発表場所: 東工大蔵前会館(東京)(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-28
• [学会発表] 長鎖脂肪酸水酸化酵素の基質誤認識誘導によるガス状アルカンの水酸化反応 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 水分子の排除をトリガーとするシトクロムP450の水酸化反応と疑似基質による基質多様性付加 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 中性子産業利用促進協議会生体構造研究会
  • 発表場所: 東海村技術交流館「リコッティ」(茨城県那珂郡東海村)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] 自己完結型過酸化水素駆動シトクロムP450による一酸素原子添加反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、木本洋、田中翔太、堀あゆ美、西尾洸祐、杉本洋、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第44回酸化反応討論会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス(吹田)
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 自己完結型過酸化水素駆動シトクロムP450の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、木本洋、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 錯体化学会第61回討論会
  • 発表場所: 岡山理科大学(岡山)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 細菌由来シトクロムP450の基質誤認識を利用するバイオ触媒系の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、川上了史、藤城貴史、杉本宏、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場(つくば)
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] Hydroxylation of Gaseous Alkanes by Cytochrome P450 using Substrate Recognition Tricks (2011)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji, T.Kunimatsu, N.Kawakami, Y.Watanabe
  • 学会等名: ICBIC15
  • 発表場所: University of British Columbia (Vancouver, Canada)
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] Crystal Structures of Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450s Including Decoy Molecules and Oxidation Reaction of Non-natural Substrates (2011)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji
  • 学会等名: 17th International Conference on Cytochrome P450
  • 発表場所: University of Manchester (Manchester, UK)
  • 年月日: 2011-06-27
• [学会発表] 基質認識トリックを利用する新規バイオ触媒系の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 統合物質創製化学推進事業第2回若手研究会
  • 発表場所: 休暇村支笏湖(北海道千歳市)
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] シトクロムP450SPαの結晶構造解析と基質類似分子の取り込みにより進行する酸化反応特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、木本洋、杉本宏、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会(2011)
  • 発表場所: (日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集)
  • 年月日: 2011-03-11
• [学会発表] 水分子の排除をトリガーとするシトクロムP450の水酸化反応と疑似基質による基質多様性付加 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 中性子産業利用促進協議会 生体構造研究会
  • 発表場所: 茨城県那珂郡東海村
• [学会発表] シトクロムP450の基質認識トリックを利用するガス状アルカンの水酸化反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三
  • 学会等名: 第1回統合物質シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学化学研究所(京都府宇治市)
• [学会発表] 細菌由来シトクロムP450による飽和炭化水素の水酸化反応 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、川上了史、藤城貴史、杉本宏、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第60回錯体化学討論会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター(大阪府大阪市)
• [学会発表] シトクロムP450のデコイ基質を利用する基質特異性変換 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、田中翔太、川上了史、杉本宏、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第4回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス(大阪府豊中市)
• [学会発表] シトクロムP450の基質特異性変換と反応制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、田中翔太、杉本宏、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第37回 生体分子科学討論会
  • 発表場所: 山口大学 吉田キャンパス(山口県山口市)
• [学会発表] 天然酵素の基質特異性変換への新たなアプローチ (2009)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、田中翔太、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第5回物質合成シンポジウム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-19
• [学会発表] シトクロムP450の基質特異性を変換する新規手法の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、藤城貴史、田中翔太、永野真吾、城宜嗣、渡辺芳人
  • 学会等名: 第42回酸化反応討論会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-11-15
• [学会発表] Creating Semi-Artificial Enzymes by Tricking the Substrate Recognition of Cytochrome P450BSβ (2009)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji
  • 学会等名: 7th joint IRTG Symposium University of Munster and Nagoya University
  • 発表場所: Munster, Germany
  • 年月日: 2009-05-01
• [学会発表] Creating Semi-Artificial Enzymes by Tricking the Substrate Recognition of Cytochrome P450BSβ (2009)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji
  • 学会等名: 7th joint IRTG Symposium University of Munster and Nagoya University
  • 発表場所: Munster, Germany.(Invited lecture)
• [学会発表] Monooxidations of Non-natural Substrates by Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450 : Tricking the Substrate Recognition of Cytochrome P450BSβ by Decoy Molecules (2009)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji, T.Fujishiro, S.Tanaka, S.Nagano, Y.Shiro, Y.Watanabe
  • 学会等名: 16th International Conference on Cytochrome P450 (ICC2009)
  • 発表場所: 沖縄
• [学会発表] Crystal Structures of the Substrate-Free and the Decoy Molecule-bound Forms of Cytochrome P450BSβ (2009)
  • 著者名/発表者名: O.Shoji, T.Fujishiro, S.Nagano, Y.Shiro, Y.Watanabe
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC14)
  • 発表場所: 名古屋
• [図書] P450による酸素活性化機構と基質の酸素化機構, P450の, P450の分子生物学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 芳人,荘司長三
  • 出版者: 講談社サイエンティフィク
• [図書] 「ヘム酵素の創成」酵素工学ニュース (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 芳人,荘司長三
  • 出版者: 酵素工学研究会誌
• [図書] P450の分子生物学(第2版) P450による酸素活性化機構と基質の酸素化機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺芳人、荘司長三
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: 講談社サイエンティフィク
• [備考]
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [産業財産権] ヘム蛋白質のヘム置換法 (2012)
  • 発明者名: 渡辺芳人,荘司長三,川上了史
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 出願年月日: 2012-03-13
  • 外国
• [産業財産権] ヘム蛋白質のヘム置換法 (2012)
  • 発明者名: 渡辺芳人、荘司長三、川上了史
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 出願年月日: 2012-03-13
  • 外国
• [産業財産権] 不活性炭化水素の水酸化方法およびダミー分子 (2010)
  • 発明者名: 渡辺芳人,荘司長三,川上了史
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権番号: 2010-164828
  • 出願年月日: 2010-07-22
• [産業財産権] 不活性炭化水素の水酸化方法およびダミー分子 (2010)
  • 発明者名: 渡辺芳人、荘司長三、川上了史
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権番号: 2010-164828
  • 出願年月日: 2010-07-22