合成化学と構造生物学で解明するユニークなテルペン合成酵素の反応機構

• 研究課題/領域番号: 26292058
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物有機化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 葛山 智久 東京大学, 生物生産工学研究センター, 准教授 (30280952)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 生合成 / 反応機構 / テルペン / 環化酵素 / テルペノイド / 生物活性物質 / 生体触媒 / 放線菌 / 結晶構造

研究成果の概要

放線菌の生産するジテルペン，サイクロオクタチンの生合成機構について明らかにした。特に環状骨格形成段階を担うジテルペン環化酵素CotB2の反応機構について，安定同位体で標識した基質を用いたin vivoとin vitro実験により反応機構の解析を行うとともに，量子化学計算を用いてカチオン中間体や遷移状態の知見を得ることで，環状骨格構造の変化を伴わない炭素－炭素結合の組換えという特異な環化反応過程の詳細を明らかにした。また，CotB2の結晶構造についても基質の初期構造を含めて解明することに成功した。特異なテルペン合成酵素であるシクロラバンデュリル合成酵素も同定し生化学的性質を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Biosynthetic studies on terpenoids produced by Streptomyces (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuzuyama, T.
  • 雑誌名: J. Antibiot. 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 811-818
  • DOI: 10.1038/ja.2017.12
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cation-stitching cascade: exquisite control of terpene cyclization in cyclooctatin biosynthesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato, H., Teramoto, K., Masumoto, Y., Tezuka, N., Sakai, K., Ueda, S., Totsuka, Y., Shinada, T., Nishiyama, M., Wang, C., Kuzuyama, T., Uchiyama, M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 18471-18471
  • DOI: 10.1038/srep18471
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome Mining for Sesterterpenes Using Bifunctional Terpene Synthases Reveals a Unified Intermediate of Di/Sesterterpenes (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ye, A. Minami, A. Mandi, C. Liu, T. Taniguchi, T. Kuzuyama, K. Monde, K. Gomi, and H. Oikawa
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 137 号: 36 ページ: 11846-11853
  • DOI: 10.1021/jacs.5b08319
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Minimum Information About a Biosynthetic Gene Cluster (2015)
  • 著者名/発表者名: M. H. Medema, H. Oikawa 他
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 11 号: 9 ページ: 625-631
  • DOI: 10.1038/nchembio.1890
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An unusaual terpene cyclization mechanism involving a carbon-carbon bond rearrangement (2015)
  • 著者名/発表者名: Meguro, A., Motoyoshi, Y., Teramoto, K., Ueda, S., Totsuka, Y., Tomita, T., Kim, S.-Y., Kimura, T. Igarashi, M., Sawa, R., Shinada, T., Nishiyama, M. and Kuzuyama, T.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 127 号: 14 ページ: 4427-4430
  • DOI: 10.1002/anie.201411923
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Terpene synthases are widely distributed in bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, T. Kuzuyama, M. Komatsu, K. Shin-ya, S. Omura, D.E. Cane, H. Ikeda
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 3 ページ: 857-862
  • DOI: 10.1073/pnas.1422108112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cyclolavandulyl skeleton biosynthesis via both condensation and cyclization catalyzed by an unprecedented member of the cis-isoprenyl diphosphate synthase superfamily (2014)
  • 著者名/発表者名: Ozaki T, Zhao P, Shinada T, Nishiyama M, Kuzuyama T.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 13 ページ: 4837-4840
  • DOI: 10.1021/ja500270m
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of cyclolavandulyl diphosphate synthase, a new member of the cis-isoprenyl diphosphate synthase superfamily (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomita T, Ozaki T, Matsuda K, Nishiyama M, Kuzuyama T.
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 巻: 70 号: 10 ページ: 1410-1413
  • DOI: 10.1107/s2053230x14018883
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 構造多様性を創出する新奇テルペノイド合成酵素の発見 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾崎太郎、葛山智久
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 72 ページ: 412-414
  • NAID: 40020209341
• [学会発表] シクロラバンデュリル二リン酸合成酵素の結晶構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林正弥, 富田武郎, 品田哲郎, 西山真, 葛山智久
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都府 京都市）
• [学会発表] Trichoderma属糸状菌由来テルペン合成酵素の探索と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、石神健、野中健一、塩見和朗、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都府 京都市）
• [学会発表] Biosynthesis of Prenylated Indole Alkaloids in Streptomyces (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kobayashi, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researchers
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都 目黒区）
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of Multistep Reaction Cascade Catalyzed by the Diterpene Cyclase CotB2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Teramoto, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyam
  • 学会等名: US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researchers
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都 目黒区）
  • 国際学会
• [学会発表] 放線菌由来新奇テルペン環化酵素の結晶構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林正弥、尾﨑太郎、富田武郎、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 日本放線菌学会2016年度大会
  • 発表場所: 東京大学（東京都 文京区）
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] 放線菌由来ジテルペン環化酵素CotB2が触媒する精巧な環化反応機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、目黒亜由子、本吉祐大、佐藤玄、増本優衣、手塚則亨、坂井健太、上田翔太、遠塚悠輔、安藤祐美、富田武郎、金承榮、木村智之、五十嵐雅之、澤竜一、品田哲郎、王超、内山真伸、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27
• [学会発表] テルペンに関する最近の話題 (2016)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌のテルペノイド生合成機構に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 北里大学受賞講演会
  • 発表場所: 北里大学（東京都港区）
  • 年月日: 2016-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] 微生物由来テルペノイドの生合成研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 住木・梅澤記念賞受賞講演
  • 発表場所: 学士会館（東京都 千代田区）
  • 招待講演
• [学会発表] Trichoderma属糸状菌由来モノテルペン合成酵素の探索と機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、石神健、野中健一、塩見和朗、西山真、葛山智久
  • 学会等名: イソプレノイド研究会
  • 発表場所: 長崎シーボルト大学（長崎県 西彼杵郡）
• [学会発表] Bacillus alcalophilus由来セスタテルペン/トリテルペン合成酵素ホモログの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中慧里奈、石神健、富田武郎、西山真、葛山智久
  • 学会等名: イソプレノイド研究会
  • 発表場所: 長崎シーボルト大学（長崎県 西彼杵郡）
• [学会発表] シクロラバンデュリル2リン酸合成酵素の結晶構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林正弥、富田武郎、品田哲郎、西山真、葛山智久
  • 学会等名: イソプレノイド研究会
  • 発表場所: 長崎シーボルト大学（長崎県 西彼杵郡）
• [学会発表] ジテルペン環化酵素が触媒する多段階反応機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、目黒亜由子、本吉祐大、佐藤玄、増本優衣、手塚則亨、坂井健太、上田翔太、遠塚悠輔、安藤祐美、富田武郎、金承榮、木村智之、五十嵐雅之、澤竜一、品田哲郎、王超、内山真伸、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 天然有機化合物討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県 仙台市）
• [学会発表] 放線菌由来環状天然化合物の骨格形成機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度第一回関東支部例会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京都 世田谷区）
  • 招待講演
• [学会発表] イソプレノイド生合成経路の収斂進化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌由来ジテルペン環化酵素CotB2の 特異な環化反応機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢, 目黒亜由子, 本吉祐大, 上田翔太, 遠塚悠輔, 安藤祐美, 坂井健太,富田武郎, 金承榮, 木村智之, 五十嵐雅之, 澤竜一, 品田哲郎, 西山真, 葛山智久
  • 学会等名: イソプレノイド研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] アリル基質同士の縮合と環化反応を触媒する 新奇テルペン合成酵素の発見 ○小林正弥, 尾﨑太郎1, 趙平1,富田武郎, 苅田祐馬, 保野陽子, 西村栄治, 品田哲郎, 西山真, 葛山智久 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林正弥, 尾﨑太郎, 趙平, 富田武郎, 苅田祐馬, 保野陽子, 西村栄治, 品田哲郎, 西山真, 葛山智久
  • 学会等名: イソプレノイド研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] Bacterial Indole Prenyltransferases for Chemoenzymatic Synthesis of Prenylated Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Intan Timur Maisyarah, Kazuo shin-ya, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: 日本放線菌学会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] 放線菌のテルペノイド生合成機構に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 日本放線菌学会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2015-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] ゲラニルファルネソールおよびファルネシルファルネソールの合成研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石神健、葛山智久、渡邉秀典
  • 学会等名: 香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会
  • 発表場所: 近畿大学（大阪府東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] Biosynthesis of terpenoids produced by Streptomyces (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: 2015 KMB International Symposium & Annual Meeting
  • 発表場所: 全州（韓国）
  • 年月日: 2015-06-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多様なイソプレノイド生合成機構とその関連遺伝子 (2015)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 千葉工大フォーラム
  • 発表場所: 千葉工業大学（千葉県習志野市）
  • 年月日: 2015-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] An Unusual Terpene Cyclization Mechanism Involving a Carbon－Carbon Bond Rearrangement (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: TERPNET2015
  • 発表場所: バンクーバー（カナダ）
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] Unusual cyclization mechanism of Streptomyces terpene cyclases (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: Natural Product Discovery in the Post Genomic Era
  • 発表場所: サンディエゴ（米国）
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-15
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌由来環状天然化合物の骨格形成機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 生物生産工学研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学農学部一条ホール（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌由来テルペノイド生合成マシナリーの解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 葛山智久
  • 学会等名: 科研費新学術領域「生合成マシナリー」第８回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学薬学部講堂（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] Biosynthesis of terpenoids produced by Streptomyces (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Kuzuyama
  • 学会等名: Simposium Nasional Kimia Bahan Alam XXII
  • 発表場所: バンドン（インドネシア）
  • 年月日: 2014-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Biosynthesis of anti-influenza virus diterpene wickerols and other terpenoids produced by Trichoderma atroviride FKI-3849 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 第14回東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-04-26
• [学会発表] Biosynthesis of anti-influenza virus diterpene wickerols and other terpenoids produced by Trichoderma atroviride FKI-3849 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺本和矢、西山真、葛山智久
  • 学会等名: 第3回生物生産工学研究センター研究発表会
  • 発表場所: 東京大学農学部一条ホール（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-04-22
• [備考] 葛山智久准教授が住木・梅澤記念賞を受賞されました。
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/
• [備考] 研究概要
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/research/index.html
• [備考] 放線菌のテルペン合成酵素に関する論文がSci. Rep.に掲載されました
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/
• [備考] 真菌のテルペン合成酵素に関する論文がJ. Am. Chem. Soc.に掲載されました
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/
• [備考] In-depth mechanism of terpene synthase
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/index-e.html
• [備考] Reaction mechanism of a fungus terpene synthase
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/index-e.html
• [備考] 未解明のテルペン類の生合成経路を理論的に明らかに
  • URL: http://www.chem-station.com/blog/2016/01/terpenebiosynthesis.html
• [備考] 細菌の酵素による巧みな合成の技
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/synthetic-virtuosity-of-a-bacterial-enzyme.html
• [備考] Synthetic virtuosity of a bacterial enzyme
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/en/utokyo-research/research-news/synthetic-virtuosity-of-a-bacterial-enzyme.html
• [備考] 線菌の酵素による精巧な環化反応メカニズムを解明
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2015/20150226-1.html
• [備考] テルペン合成酵素は広く細菌に分布している
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2014/20141225-1.html