非大腸菌タンパク質生産系を併用したモジュラーポリケチド合成酵素の試験管内再構成

• 研究課題/領域番号: 21K05404
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38040:生物有機化学関連
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 湯澤 賢 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任講師 (20843890)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ポリケチド合成酵素 / 生化学 / 試験管内再構成 / 非大腸菌タンパク質生産系 / 巨大酵素

研究開始時の研究の概要

本研究では、モジュラーポリケチド合成酵素（モジュラーPKS）の至適温度、至適pH、kcat、kM等の生化学的データを取得して比較解析することで、当該酵素の理解をより一層深めていく。モジュラーPKSは現在広く普及している複数の薬剤の生合成に関わっており、機能改変により各種医薬品アナログの生産も可能なため、本研究が成果に至れば新規医薬品の開発も加速される地期待される。

研究実績の概要

モジュラーポリケチド合成酵素(モジュラーPKS)は多様な薬剤の基本骨格の生合成を担う巨大酵素である。モジュラーPKSの生化学的解析や構造生物学的解析は 新規薬剤の創出につながる可能性があるため、過去20年に渡り研究が継続されている。一方で、PKSはその大きさ故、野生型酵素のin vitro解析は容易ではなく、これまで試験管内再構成を達成した例はほとんどなく国内からの成果はない。本研究では、これまで利用されていない非大腸菌タンパク質生産系も併用し、新たに数種類の野生型モジュラーPKSの試験管内再構成およびそれらの生化学的解析を実施することを目的とした。第一のPKSに関しては、非大腸菌タンパク質生産系を併用することで試験管内再構成にすでに成功しており、論文投稿に向けて引き続きデータを蓄積している状況である。第二のPKSに関しては最終年度に主に取り組んだが、標的とする酵素の一部が大腸菌の系でも我々の非大腸菌タンパク質生産系でも取得できなかった。第三の系はPKS と非リボソーム型ペプチド合成酵素とのハイブリッドの系であり、試験管内再構成に必要な酵素の取得を2年目から精力的に試みたが、標的とする酵素の一部が大腸菌の系でも我々の非大腸菌タンパク質生産系でも取得できなかった。大腸菌の系でも取得できるPKS、我々の非大腸菌タンパク質生産系のみで取得できるPKS、どちらでも取得できないPKSに関してAlphaFold2を利用して立体構造を予測したが、現時点ではどのPKSがどのタンパク質生産系で取得し得るか予測するのは困難であった。引き続き各種データを蓄積し続けることで高い成功率で目的のPKSを取得できるタンパク質生産系を確立したい。