小分子アルカン類を水酸化するバイオ触媒システムの分子設計

• 研究課題/領域番号: 24225004
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 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: 渡辺 芳人 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (10201245)
• 連携研究者: 荘司 長三 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90379587)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 222,430千円 (直接経費: 171,100千円、間接経費: 51,330千円); 2016年度: 36,010千円 (直接経費: 27,700千円、間接経費: 8,310千円); 2015年度: 36,400千円 (直接経費: 28,000千円、間接経費: 8,400千円); 2014年度: 36,140千円 (直接経費: 27,800千円、間接経費: 8,340千円); 2013年度: 36,140千円 (直接経費: 27,800千円、間接経費: 8,340千円); 2012年度: 77,740千円 (直接経費: 59,800千円、間接経費: 17,940千円)
• キーワード: ヘム酵素 / シトクロムP450 / ガス状アルカン / ベンゼン / 過酸化水素 / 基質特異性 / 酸化反応 / 金属酵素 / 触媒 / 水酸化反応 / 結晶構造解析 / 疑似基質 / エタン / フッ素化合物 / フェリチン / フェノール / ヘム蛋白質 / 不斉酸化反応 / 金属錯体 / 長鎖脂肪酸

研究成果の概要

長鎖脂肪酸を高選択的に水酸化するシトクロムP450BM3 に，パーフルオロアルキルカルボン酸（PFC）を疑似基質として取り込ませると，ガス状アルカンやベンゼンを酸化できることを明らかにするとともに、PFCのカルボキシル基をアミノ酸で修飾した第二世代のデコイ分子がガス状アルカンの水酸化活性を大幅に向上させることを見出した．また、過酸化水素駆動型P450の活性部位に、変異導入によってグルタミン酸を配置して基質の長鎖脂肪酸が結合した状態を疑似的に再現すると、非対象基質を水酸化できることを明らかにした。酸素分子を活性化する通常のP450を過酸化水素駆動型に変換できることを合わせて見出した。

評価記号

検証結果 (区分)

A-

研究成果

• [雑誌論文] Monooxygenation of Nonnative Substrates Catalyzed by Bacterial Cytochrome P450s Facilitated by Decoy Molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 3 ページ: 278-288
  • DOI: 10.1246/cl.160963
  • NAID: 130005436531
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Use of apomyoglobin to gently remove heme from a H2O2-dependent cytochrome P450 and allow its reconstitution (2017)
  • 著者名/発表者名: S.C. Chien, O. Shoji, Y. Morimoto, Y. Watanabe
  • 雑誌名: New J. Chem. 巻: 41 号: 1 ページ: 302-307
  • DOI: 10.1039/c6nj02882a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Substrate-Binding-State Mimic of H2O2-Dependent Cytochrome P450 Produced by One-point Mutagenesis and Peroxygenation of Non-native Substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, T. Fujishiro, K. Nishio, Y. Kano, H. Kimoto, S. Chien, H. Onoda, A. Muramatsu, S. Tanaka, A. Hori, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Catal. Sci. Tech. 巻: 6 号: 15 ページ: 5806-5811
  • DOI: 10.1039/c6cy00630b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved oxidation of aromatic and aliphatic hydrocarbons using rate enhancing variants of P450Bm3 in combination with decoy molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: S. D. Munday, O. Shoji, Y. Watanabe, L. L. Wong, S. G. Bell
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 52 号: 5 ページ: 1036-1039
  • DOI: 10.1039/c5cc09247g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Construction of an enterobactin analogue with symmetrically arranged monomer subunits of ferritin (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, M. Kondou, T. Nakane, S. Abe, T. Nakao, Y. Watanabe, T. Ueno
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 93 ページ: 16609-16612
  • DOI: 10.1039/c5cc06904a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acetate anion-triggered peroxygenation of non-native substrates by wild-type cytochrome P450s (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Onoda, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Dalton Trans 巻: 44 号: 34 ページ: 15316-15323
  • DOI: 10.1039/c5dt00797f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Nitric Oxide on VnfA, a transcriptional activator of VFe-nitrogenase in Azotobacter vinelandii (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Miura, K. Yoshimitsu, N. Takatani, Y. Watanabe, H. Nakajima,
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 157 号: 5 ページ: 365-375
  • DOI: 10.1093/jb/mvu083
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly efficient hydroxylation of gaseous alkanes at reduced temperature catalyzed by cytochrome P450BM3 assisted by decoy molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, Z. Cong, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 19 号: 01-03 ページ: 329-334
  • DOI: 10.1142/s1088424615500145
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Activation of Wild-type Cytochrome P450BM3 by the Next Generation of Decoy Molecules: Enhanced Hydroxylation of Gaseous Alkanes and Crystallographic Evidence (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Cong, O. Shoji, C. Kasai, N. Kawakami, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 5 号: 1 ページ: 150-156
  • DOI: 10.1021/cs501592f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bringing out the potential of wild-type cytochrome P450s using decoy molecules: Oxygenation of nonnative substrates by bacterial cytochrome P450s (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Isr. J. Chem. 巻: 55 号: 1 ページ: 529-539
  • DOI: 10.1002/ijch.201400096
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Azurin-DNA Conjugate with the Binding Motif of a Transcriptional Regulator, CooA: CO-dependent Modulation of the Electron-transfer Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, S. Miyazaki, T. Itoh, M. Hayamura, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43 号: 8 ページ: 1204-1206
  • DOI: 10.1246/cl.140284
  • NAID: 130004427118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Peroxygenase reactions catalyzed by cytochromes P450 (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem. 巻: 19 号: 4-5 ページ: 529-539
  • DOI: 10.1007/s00775-014-1106-9
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An in vivo Inhibitory Effect on the Heme Uptake of Pseudomonas aeruginosa by Its Hemophore (HasAp) Carrying Synthetic Metal Complexes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shirataki, C.; Shoji, O.; Terada, M.; Ozaki, S.; Sugimoto, H.; Shiro, Y.; Watanabe, Y.
  • 雑誌名: Angw. Chem. Int. Ed. 巻: 53 号: 11 ページ: 2862-2866
  • DOI: 10.1002/anie.201307889
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Control of Discrimination between O2 and CO in Myoglobin Lacking the Distal Histidine Residue (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Nishimura, T. Shibata, I. Ishigami, T. Ogura, H. Tai, S. Nagao, T. Matsuo, S Hirota, O. Shoji, Y. Watanabe, K. Imai, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 53 号: 2 ページ: 1091-1099
  • DOI: 10.1021/ic402625s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation of a MnIV Acylperoxo Complex and Its Monooxidation Ability (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikunaga, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Ohta, Takehiro; Nakai, Hidetaka; Naruta, Yoshinori; Ahn, Kwang-Hyun; Watanabe, Yoshihito; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 49(75) 号: 75 ページ: 8356-8358
  • DOI: 10.1039/c3cc43447h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Selective Hydroxylation of Benzene to Phenol by Wild-type Cytochrome P450BM3 Assisted by Decoy Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, T. Kunimatsu, N. Kawakami, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 52 号: 26 ページ: 6606-6610
  • DOI: 10.1002/anie.201300282
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Hydroxylation of Primary Carbons in Small Alkanes by Wild-type Cytochrome P450BM3 Containing Perfluorocarboxylic Acids as Decoy Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 4 号: 6 ページ: 2344-2348
  • DOI: 10.1039/c3sc50378j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic effects of the alteration of the axial ligand on the unfolding of the thermostable cytochrome c (2013)
  • 著者名/発表者名: Rabindra KB., Nakajima, H., Jitumani R., Watanabe, Y., Mazumdar, S.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 号: 8 ページ: 1373-1384
  • DOI: 10.1021/bi300982v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-step reconstitution of apo-hemoproteins at the disruption stage of Escherichia coli cells (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 13 号: 14 ページ: 2045-2047
  • DOI: 10.1002/cbic.201200446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral Substrate Analogues Assisted Stereoselective Epoxidation Catalyzed by H2O2-Dependent Cytochrome P450SPα (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: Chemistry-An Asian Journal 巻: 7 号: 10 ページ: 2286-2293
  • DOI: 10.1002/asia.201200250
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛋白質内部空間の化学：ヘム蛋白質から有機金属酵素へ (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 雑誌名: Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry 巻: 59 号: 0 ページ: 11-25
  • DOI: 10.4019/bjscc.59.11
  • NAID: 130002145019
  • ISSN: 1882-6954, 1883-1737
  • 査読あり
• [学会発表] Decoy Systems for Small Organic Molecule Oxygenation by P450S (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: AsBIC8
  • 発表場所: Auckland, Newzealand
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属酵素を設計する (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺芳人
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会若手の会 第28回サマースクール
  • 発表場所: 蒲郡
  • 年月日: 2016-07-15
  • 招待講演
• [学会発表] Hydroxylation of inert organic molecules by cytochrome P450/decoy system (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: 250th ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2015-08-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fine Tuning of Cytochrome P450 Activities (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, O. Shoji
  • 学会等名: ICBIC17
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Design of P450s for Artificial Substrate Oxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: KMB 2015. 42nd Annual Meeting & International Symposium
  • 発表場所: Gyeongju, South Korea
  • 年月日: 2015-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydroxylation of Inert Organic Molecules by Cytochrome P450/Decoy Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, O. Shoji
  • 学会等名: AsBIC7
  • 発表場所: Gold Coast, Queensland, Australia.
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Design of Proteins for Future Application (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: The Symposium on Modern Trends In Inorganic Chemistry-XV (MTIC- XV)
  • 発表場所: Roorkee, India
  • 招待講演
• [学会発表] Hydroxylation of Inert Organic Molecules by Cytochrome P450s Assisted by Decoy Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, O Shoji
  • 学会等名: The 2nd Japan-France Coordination Chemistry Symposium
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Hydroxylation of Inert Organic Molecules by Cytochrome P450s Assisted by Decoy Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: The 15th Asian Chemical Congress
  • 発表場所: Sentosa Island, Singapore
  • 招待講演
• [学会発表] Construction of Metalloenzymes: Catalysts Embedded in Proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe
  • 学会等名: the 4th Research Symposium on Petrochemical and Materials Technology and the 18th PPC Symposium on Petroleum, Petrochemicals, and Polymers
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 招待講演
• [図書] Monooxygenase, Peroxidase and Peroxygenase Properties and Mechanisms of Cytochrome P450, Advances in Experimental Medicine and Biology (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 出版者: Springer International Publishing Switzerland
• [図書] Fifty Years of Cytochrome P450 Research, "Peroxygenase reactions catalyzed by cytochromes P450" (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, Y. Watanabe
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Springer
• [図書] 生物工学会誌 8月号 「頑固な酵素」を巧みに騙す」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、渡辺芳人
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 公益社団法人 日本生物工学会
• [図書] 配管技術 12月号 「ベンゼンをフェノールに一段階で変換する新規バイオ触媒の開発」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荘司長三、渡辺芳人
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 日本工業出版
• [図書] 月刊「化学」9月号 「酵素を“誤作動”させて行う有機合成―― 酵素反応を有機化学に利用するための反応制御」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺芳人、荘司長三
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: ㈱化学同人
• [図書] Coordination Chemistry in Protein Cages: Principles, Design, and Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ueno and Y. Watanabe (Eds)
  • 総ページ数: 416
  • 出版者: Wiley, John & Sons, Incorporated
• [備考] 名古屋大学大学院理学研究科生物無機化学研究室
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] 名古屋大学理学研究科生物無機化学研究室
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] ベンゼンをフェノールに一段階で変換するバイオ触媒の開発
  • URL: http://www.aip.nagoya-u.ac.jp/public/nu_research_ja/highlights/detail/0000769.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 論文
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/paper.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 教員 学会
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/society_t.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 特許
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/patent.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 報道・関連記事
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/pressrelease.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 論文
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/paper.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 教員学会発表
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/society_t.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 特許
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/patent.html
• [備考] 生物無機化学研究室 研究業績 報道・関連記事
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/publications/pressrelease.html
• [産業財産権] 細菌の増殖抑制 (2014)
  • 発明者名: 荘司長三、渡辺芳人、白瀧千夏子、岩井佑介
  • 権利者名: 荘司長三、渡辺芳人、白瀧千夏子、岩井佑介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-061575
  • 出願年月日: 2014-03-25