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生理活性植物メロテルペノイド生合成酵素の立体構造解明と機能的リデザイン

公募研究

研究領域生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学
研究課題/領域番号 17H05436
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関富山大学

研究代表者

田浦 太志  富山大学, 大学院医学薬学研究部(薬学), 准教授 (00301341)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードメロテルペノイド / 生合成 / ダウリクロメン酸 / カンナビノイド / プレニル転移酵素 / 植物二次代謝 / バイオテクノロジー / 二次代謝 / 薬用植物
研究実績の概要

本研究では大麻のカンナビノイド及びエゾムラサキツツジのダウリクロメン酸(DCA)という代表的な植物有用メロテルペノイドに関し、生合成酵素の立体構造解明および機能的リデザインを目的とする。本年度は特にDCA前駆体のグリフォリン酸(GFA)を生成する芳香族プレニル転移酵素について検討した。
まず始めに我々はイソプレノイド経路の代謝阻害実験を行い、その結果GFAのファルネシル基はMEP経路に由来するという予想外の知見を得た。そこでプラスチド局在型のプレニル基転移酵素をスクリーニングし、組換え酵素の活性を確認することにより、GFAを合成する新規プレニル転移酵素(RdPT1)をコードする遺伝子を同定した。既知の二次代謝系プレニル基転移酵素はいずれもDMAPPあるいはGPPに特異的であり、FPPを生理的な基質として認識するのはRdPT1が初めてである。
組換え酵素を用いた解析から、RdPT1はオルセリン酸に特異的である一方、プレニル基質に関してはFPPのみならず、GPPやGGPPにも弱いながら活性を示すことを明らかとした。従ってRdPT1は先に同定したDCA synthaseとともに、C10, C15およびC20のイソプレノイド部分を含むメロテルペノイドの生合成に機能すると考えられる。また本酵素が示すユニークな基質特異性の構造基盤について分子モデリング及びdocking studyによる解明を検討し、本酵素はオルセリン酸の結合部位に加え、GGPPまでのプレニル基質を受容可能な疎水性領域を有することを確認した(佐伯ら、Plant Physiol., 2018)。またRdPT1の立体構造を手掛かりとして、これと類似した反応を触媒する大麻プレニル転移酵素をスクリーニングし、カンナビノイド経路のプレニル転移酵素を同定した(棚谷ら、日本農芸化学会2019年度大会)。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] An Aromatic Farnesyltransferase Functions in Biosynthesis of the Anti-HIV Meroterpenoid Daurichromenic Acid2018

    • 著者名/発表者名
      Saeki Haruna、Hara Ryota、Takahashi Hironobu、Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Kenmoku Hiromichi、Fuku Kazuma、Sekihara Ai、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Ueda Daijiro、Nishi Tomoyuki、Sato Tsutomu、Asakawa Yoshinori、Kurosaki Fumiya、Yazaki Kazufumi、Taura Futoshi
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 178 号: 2 ページ: 535-551

    • DOI

      10.1104/pp.18.00655

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Daurichromenic acid and grifolic acid: Phytotoxic meroterpenoids that induce cell death in cell culture of their producer Rhododendron dauricum2018

    • 著者名/発表者名
      Taura F, Iijima M, Kurosaki F
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 13 号: 1 ページ: e1422463-e1422463

    • DOI

      10.1080/15592324.2017.1422463

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification and Characterization of Daurichromenic Acid Synthase Active in Anti-HIV Biosynthesis2017

    • 著者名/発表者名
      Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Takahashi Hironobu、Kenmoku Hiromichi、Nakagawa Ryuichi、Kodama Takeshi、Asakawa Yoshinori、Abe Ikuro、Yazaki Kazufumi、Kurosaki Fumiya、Taura Futoshi
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 174 号: 4 ページ: 2213-2230

    • DOI

      10.1104/pp.17.00586

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combinatorial Biosynthesis of (+)-Daurichromenic Acid and Its Halogenated Analogue2017

    • 著者名/発表者名
      Okada Masahiro、Saito Kai、Wong Chin Piow、Li Chang、Wang Dongmei、Iijima Miu、Taura Futoshi、Kurosaki Fumiya、Awakawa Takayoshi、Abe Ikuro
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 19 号: 12 ページ: 3183-3186

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.7b01288

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 抗HIV天然物ダウリクロメン酸生産系の開発に向けた基礎研究2019

    • 著者名/発表者名
      飯島 未宇、黒崎 文也、田浦 太志
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大麻のカンナビノイド生合成に関与する新規プレニル転移酵素の同定2019

    • 著者名/発表者名
      棚谷綾介、黒崎文也、 田浦太志
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 植物二次代謝経路のファルネシル転移酵素2019

    • 著者名/発表者名
      田浦太志、棚谷綾介、佐伯春奈、飯島未宇、黒崎文也、高橋宏暢
    • 学会等名
      日本薬学会第139年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Identification and characterization of daurichromenic acid synthase from Rhododendron dauricum2018

    • 著者名/発表者名
      Taura Futoshi、Iijima Miu、Kurosaki Fumiya
    • 学会等名
      Experimental Biology 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エゾムラサキツツジが生産する抗HIV天然物ダウリクロメン酸の生合成経路2018

    • 著者名/発表者名
      田浦太志、飯島未宇、矢崎一史、黒崎文也
    • 学会等名
      第36回日本植物細胞分子生物学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生理活性植物メロテルペノイド生合成酵素の大量発現系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      棚谷綾介、森田洋行、黒崎文也、田浦太志
    • 学会等名
      日本生薬学会第65回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ダウリクロメン酸生合成経路で機能する芳香族ファルネシル転移酵素2018

    • 著者名/発表者名
      田浦太志、佐伯春奈、原良太、飯島未宇、黒崎文也
    • 学会等名
      第22回天然薬物の開発と応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] オオケビラゴケが生産するビベンジルカンナビノイドの生合成研究2018

    • 著者名/発表者名
      中川竜一、黒崎文也、田浦太志、保野陽子、品田哲郎
    • 学会等名
      日本薬学会北陸支部第130回例会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] エゾムラサキツツジ由来オルセリン酸生合成に関与する新規III型PKSの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      飯島未宇, 森田洋行, 黒崎文也, 田浦太志
    • 学会等名
      第35回日本植物細胞分子生物学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エゾムラサキツツジのダウリクロメン酸生合成に関与するプレニル転移酵素2017

    • 著者名/発表者名
      佐伯春奈, 飯島未宇, 黒崎文也, 田浦太志
    • 学会等名
      第35回日本植物細胞分子生物学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 抗HIV成分を生産するエゾムラサキツツジの二次代謝2017

    • 著者名/発表者名
      田浦太志
    • 学会等名
      第6回植物二次代謝フロンティア研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生理活性植物メロテルペノイド生合成酵素の立体構造解明と機能的リデザイン2017

    • 著者名/発表者名
      田浦太志
    • 学会等名
      新学術領域「生合成リデザイン」第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification and characterization of daurichromenic acid synthase active in anti-HIV biosynthesis.2017

    • 著者名/発表者名
      Taura F
    • 学会等名
      2nd TAA-Pharm Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Chapter 8 Cannabinoids: Biosynthesis and biotechnological applications. In Cannabis sativa L.-Botany and biotechnology2017

    • 著者名/発表者名
      Sirikantaramas S, Taura F
    • 総ページ数
      474
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9783319545639
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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