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新規Z型テルペン生合成酵素群の発掘による新規生理活性物質の発見

研究課題

研究課題/領域番号 21J14050
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
審査区分 小区分38040:生物有機化学関連
研究機関新潟大学

研究代表者

阿部 透  新潟大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードterpenoid / isoprenoid / natural product / biosynthesis / mycobacteria / terpene cyclase / prenyl reductase
研究開始時の研究の概要

新規生理活性物質の探索法として、遺伝子情報を基にした天然物探索(ゲノムマイニング)が盛んであるが、新規性の高い構造の発掘は難しく、発見数にも限りがある。本研究では、申請者らが抗酸菌から見出している、珍しい「Z型テルペン生合成酵素群」の同定と立体構造や活性部位モチーフの特定を基に、ゲノムマイニングを行うことで新規性の高い多数のテルペンの発掘を試みる。見出された新規テルペンについて生理活性を解析する。これによって、「生合成的に新規性の高い天然物の探索→新規性の高い酵素の発見→新規生理活性物質の発見」の流れの有効性を示す。

研究実績の概要

本研究では、報告例がごく僅かであるZ型テルペン生合成酵素の発見から、新規生理活性物質の発掘への展開を目指す。申請者らは、既知酵素との類似性のない新型の「Z型環化酵素」と、Z型二重結合を還元する初めての酵素である「Z型還元酵素」を抗酸菌から見出しており、両酵素の同定を第一の目標とする。加えて、結晶構造や変異導入実験を行い、立体構造や活性部位モチーフを明らかにする。その後、Z型環化・還元酵素を基にゲノムマイニングを行い、新規性の高いテルペンを数多く見出す。見出された新規テルペンについては生理活性を解析し、有用なテルペンを新たに発見する。これによって、「生合成的に新規性の高い天然物の探索→新規性の高い酵素の発見→新規生理活性物質の発見」の流れの有効性を示す。
昨年度同定した「Z型還元酵素」について、大腸菌組換え酵素や抗酸菌発現系を用いた基質特異性や諸性質の解析を進めたところ、本酵素がZ,E混成型イソプレノイドのZ型だけでなくE型の二重結合も還元する初めての酵素であることを明らかにできた。
また、ホモログ酵素の解析から、Z型二重結合のみを特異的に還元する酵素の同定に成功したことも成果のひとつである。
「Z型環化酵素」の探索に関しては、当初計画していたショットガンクローニングが難航したため、方針を転換し、硫安沈殿、陰イオン交換クロマトグラフィー、およびハイドロキシアパタイトクロマトグラフィーなどによってネイティブな酵素精製を進めた。部分精製画分が得られたため、これをLC-MS/MSによって解析し、4種の候補タンパク質を見出すことができた。これらの候補遺伝子を大腸菌や抗酸菌発現ベクターにクローニングし、現在、酵素活性の解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Identification and functional analysis of a new type of Z,E-mixed prenyl reductase from mycobacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Abe, T., Hakamata, M., Nishiyama, A., Tateishi, Y., Matsumoto, S., Hemmi, H., Ueda, D., and Sato, T.
    • 雑誌名

      The FEBS journal

      巻: - 号: 16 ページ: 4981-4997

    • DOI

      10.1111/febs.16412

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Insight into isoprenoids biosynthesis in mycobacteria by identification and functional analysis of isoprenyl diphosphate synthases and a new type of prenyl reductase2023

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透
    • 学会等名
      AMED日米医学協力計画 EID会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] E-及びZ-イソプレンユニットを還元する新しいタイプの酵素の同定2023

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透,若松 のぞみ,西山 晃史,立石 善隆,松本 壮吉,上田 大次郎,佐藤 努
    • 学会等名
      日本農芸化学会2023年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来の新規テルペンと新しいタイプのプレニル基還元酵素の同定2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透,若松 のぞみ,西山 晃史,立石 善隆,松本 壮吉,上田 大次郎,佐藤 努
    • 学会等名
      第6回抗酸菌研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] E-及びZ-イソプレンユニットを還元する新しいタイプの酵素の同定2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透,若松 のぞみ,西山 晃史,立石 善隆,松本 壮吉,上田 大次郎,佐藤 努
    • 学会等名
      第32回イソプレノイド研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] マイコバクテリア由来のZ型プレニル基を還元する新しいタイプの酵素の同定2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透,若松 のぞみ,西山 晃史,立石 善隆,松本 壮吉,上田 大次郎,佐藤 努
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)「予知生合成科学」第一回若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来のZ型プレニル基を還元する新しいタイプの酵素の同定2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透, 若松 のぞみ, 西山 晃史, 松本 壮吉, 上田 大次郎, 佐藤 努
    • 学会等名
      第62回新潟生化学懇話会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来Z型イソプレニル二リン酸合成酵素で新たに見出された鎖長決定因子2022

    • 著者名/発表者名
      ○山之内 菜央, 阿部 透, 山崎 智也, 上田 大次郎, 佐藤 努
    • 学会等名
      第62回新潟生化学懇話会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来の新しいタイプのZ,E混成型プレニル基還元酵素の同定と機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      第95回日本細菌学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイコバクテリア由来新規Z,E混成型プレニル基還元酵素の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来新規Z,E混成型プレニル基還元酵素の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      第61回新潟生化学懇話会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来新規Z,E混成型プレニル基還元酵素の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      生合成若手シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸菌由来 E 型イソプレニル二リン酸合成酵素群の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      阿部 透、上田 大次郎、○佐藤 努
    • 学会等名
      第35回(2021年度)日本放線菌学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイコバクテリア由来新規 Z, E 混成型プレニル基還元酵素の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      第35回(2021年度)日本放線菌学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイコバクテリア由来新規Z,E混成型プレニル基還元酵素の機能解析によるセスクアテルペン生合成の洞察2021

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      第31回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 第5回抗酸菌研究会2021

    • 著者名/発表者名
      ○阿部 透、袴田 真理子、西山 晃史、立石 善隆、松本 壮吉、邊見 久、上田 大次郎、佐藤 努
    • 学会等名
      抗酸菌のイソプレノイド生合成に関わる鎖伸長酵素と還元酵素の機能解析
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Functional analyses of isoprenyl diphoshate synthases from mycobacteria2021

    • 著者名/発表者名
      ○Abe, T., Ozaki, S., Ueda, D., and Sato, T.
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biosynthesis of isoprenyl diphosphates in mycobacteria2021

    • 著者名/発表者名
      ○Abe, T., Ozaki, S., Ueda, D., and Sato, T.
    • 学会等名
      ISFAE 2021 NIIGATA
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 新しいタイプのZ,E混成型プレニル基還元酵素を発見

    • URL

      https://www.niigata-u.ac.jp/news/2022/107413/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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