| 研究課題/領域番号 |
21K06627
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分47050:環境および天然医薬資源学関連
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| 研究機関 | 富山大学 |
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研究代表者 |
田浦 太志 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 准教授 (00301341)
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| 研究分担者 |
森田 洋行 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (20416663)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | プレニル基転移酵素 / 生合成 / 二次代謝 / 薬用植物 / 生合成工学 / メロテルペノイド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では大麻プレニル基転移酵素CsPTの基質特異性を拡張する機能的リデザイン（潜在的触媒活性の顕在化）を実現し、新規メロテルペノイドの酵素合成、微生物生産を実現する。また抗がん剤の候補であるumbellipreninを合成するFaPTをクローン化して構造機能研究を遂行し、関連化合物を含めた酵素合成を実現する。さらに得られた化合物について生物活性を測定し、医薬資源としての可能性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では大麻由来プレニル基転移酵素CsPT4が生理的な基質のolivetolic acid（OLA）およびGPP以外に広範な基質を受容し、新規化合物を含む多数のプレニル化ポリフェノールを生成することを確認している。本年度はこれら生成物について、ヒト膵がん細胞を用いた低栄養条件下での細胞毒性試験を検討した。膵がん細胞は低栄養条件を克服することで悪性化することから、本条件で細胞毒性を示す化合物は抗がん剤の候補となる。本検討の結果、芳香族基質のOLAが全く細胞毒性を示さなかったのに対し、プレニル化生成物はいずれも顕著な細胞毒性を示し、中でもFPPとの反応で得られたファルネシル化OLAに最も高い活性を確認した。すなわちCsPT4は抗がん作用を有するプレニル化合物の酵素合成に適用可能であることを明らかにした。
また、本研究で新たに同定したアギ由来O-プレニル基転移酵素FaPT1のキャラクタリゼーションを検討した。FaPT1はクマリンのumbelliferoneにFPP由来のファルネシル基を転移することで、抗がん作用の報告されたumbellipreninを合成する酵素である。本年度の検討から、本酵素はumbelliferone以外にクマリン骨格を有するbergaptolを受容可能であり、またFPPとは鎖長の異なるGPPやGGPPをも基質としてプレニル基を転移可能という広範な基質特異性を示すことを明らかとした。すなわち本酵素は各種プレニル化クマリンの合成に適用可能と考えられる。また植物プレニル基転移酵素は大部分が葉緑体に局在して非メバロン酸経路由来のプレニル基質を利用するが、本酵素は小胞体膜に局在してメバロン酸経路由来のFPPを利用することを明らかにした。
以上のように本研究ではCsPT4反応生成物の生物活性に知見を得るとともに、FaPT1の諸性質を解明することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの研究により、大麻プレニル基転移酵素の広範な基質特異性を解明したことに加え、反応生成物のがん細胞に対する顕著な細胞毒性を確認することができた。またアギ由来の新規O-プレニル基転移酵素を発見し、基質特異性および細胞下局在性等の諸性質を解明している。本研究の進展は概ね順調であると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の検討より、CsPT4の反応生成物がヒト膵がん細胞に顕著な細胞毒性を示すことを明らかにした。このため今後は関連した構造の化合物について細胞毒性試験を継続するとともに、プレニル化ポリフェノールが示す細胞毒性の作用機序を分子レベルで解明する計画である。また、多様な基質を受容して反応できるCsPT4の構造基盤には極めて興味が持たれることから、分子モデリングおよびドッキングシミュレーションを基盤として酵素-基質複合体の相互作用を解明し、論理的な部位特異的変異による触媒活性コントロールを実現する。これにより、非生理的な基質に対する触媒活性を向上し、効率的な有用物質生産を実現する。
FaPT1に関しても複数のクマリン基質およびプレニル基質と反応して生成物を合成可能であることを確認していることから、これらの反応性生物について細胞毒性等の生物活性を検討し、医薬資源となりうる可能性について検証する計画である。本酵素についても、植物界でまれなO-プレニル基転移酵素としてその構造機能には興味が持たれるところであり、CsPT4同様に活性部位の構造機能研究を実施する計画としている。
また、近年生物活性が報告された興味深いプレニル化天然物として苔類オオケビラゴケのビベンジルカンナビノイドが挙げられる。苔類に由来するプレニル基転移酵素の報告はほとんど見られないことから、本苔類由来のプレニル基転移酵素は極めて興味深い研究対象といえる。現在、オオケビラゴケよりプレニル基転移酵素の候補遺伝子をスクリーニングしており、今後はそれらの酵素機能を解明してビベンジルカンナビノイドの生合成機構を解明する計画としている。
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