生合成系プロテオミクス網羅的機能解析技術を活用した非天然型機能性分子の合理的設計

• 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: 17H05438
• 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: 近畿大学
• 研究代表者: 石川 文洋 近畿大学, 薬学部, 講師 (50631553)
• 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: 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: 非リボソームペプチド合成酵素 / アデニル化酵素 / 化学プローブ / 内在性タンパク質 / ラベル化 / 生合成 / 非天然型ペプチド化合物 / 環状ペプチド / 非リボソーム性ペプチド合成酵素 / アデニレーションドメイン / 生合成系プロテオミクス / 活性を指標にしたプロテオミクス研究法 / 物質生産 / 非天然型ペプチド系化合物

研究実績の概要

1) 生合成系プロテオミクス機能解析技術の確立、2) adenylation (A) domain の迅速、網羅的、体系的機能解析、3) 非天然型ペプチド化合物の設計および生物合成を目的に、研究を実施した。
以下に、各項目に関して記載する。
1) 生合成系プロテオミクス網羅的機能解析技術の確立: 生合成系プロテオミクス機能解析技術の基盤となるA-domain 選択的ラベル化剤 (> 20) の機能解析を実施した。具体的には、大腸菌組換えNRPSおよび内在性NRPSを利用したラベル化実験を行った。その結果、ほぼすべてのA-domain 選択的ラベル化剤はNRPS A-domainをラベル化できた。また、アルキン、アジド、アルケンなどの機能性官能基を有する20種類の非天然アミノ酸を担持したaminoacyl-AMS化合物の合成を行った。20種類の天然アミノ酸を担持したaminoacyl-AMS化合物を加え、40種類のaminoacyl-AMS化合物群を得た。
2) A-domainの迅速、網羅的、体系的機能解析: A-domain選択的ラベル化剤と40種類のaminoacyl-AMS化合物を活用したNRPS A-domainの機能解析を行った。これまでに、大腸菌組換えタンパク質および内在性NRPS A-domain 28種類の解析を実施した。
3) 非天然型ペプチド化合物の設計·生物合成: 生合成系プロテオミクス解析結果に基づき、アミノ酸を培地へ添加し、precursor-directed biosynthesisを行った。具体的には、グラミシジンSおよびサーファクチン生産菌を利用し、非天然型ペプチド化合物の創製を検討した。その結果、部位特異的に非天然アミノ酸をグラミシジンSおよびサーファクチンへ導入できることがわかった。

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。

研究成果

• [雑誌論文] An Engineered Aryl Acid Adenylation Domain with an Enlarged Substrate Binding Pocket (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, F., Miyanaga, A., Kitayama, H., Nakamura, S., Nakanishi, I., Kudo, F., Eguchi, T., Tanabe, G.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 58 号: 21 ページ: 6906-6910
  • DOI: 10.1002/anie.201900318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activity-Based Protein Profiling of Non-ribosomal Peptide Synthetases (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Fumihiro、Tanabe Genzoh、Kakeya Hideaki
  • 雑誌名: Curr. Top. Microbiol. Immunol. 巻: 420 ページ: 321-349
  • DOI: 10.1007/82_2018_133
  • ISBN: 9783030111427, 9783030111434
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of salacinol-d4 as an internal standard for mass-spectrometric quantitaatiion of salacinol, a potent alpha-glucosidase inhibitor found in a traditiional ayurvedic medicine "Salacia" (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Tanabe, S. Teramae, Y. Kunikata, S. Marumoto, S. Okugawa, F. Ishikawa, W. Xie, T. Morikawa, and Osamu Muraoka
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: 97 号: 1 ページ: 314-332
  • DOI: 10.3987/com-18-s(t)21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total Synthesis of γ-Alkylidenebutenolides, Potent Melanogenesis Inhibitors from Thai Medicinal Plant Melodorum fruticosum (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanabe Genzoh、Manse Yoshiaki、Ogawa Teppei、Sonoda Naoki、Marumoto Shinsuke、Ishikawa Fumihiro、Ninomiya Kiyofumi、Chaipech Saowanee、Pongpiriyadacha Yutana、Muraoka Osamu、Morikawa Toshio
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 83 号: 15 ページ: 8250-8264
  • DOI: 10.1021/acs.joc.8b00986
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural Basis of Protein-Protein Interactions between a trans-Acting Acyltransferase and Acyl Carrier Protein in Polyketide Disorazole Biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyanaga Akimasa、Ouchi Risako、Ishikawa Fumihiro、Goto Ena、Tanabe Genzoh、Kudo Fumitaka、Eguchi Tadashi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 25 ページ: 7970-7978
  • DOI: 10.1021/jacs.8b04162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expanding the Scope of Functionalized Small Nonprotein Components for Holoabzyme 27C1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Fumihiro、Shirahashi Masato、Hayakawa Hiroshi、Tanabe Genzoh、Tsumuraya Takeshi、Fujii Ikuo
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: 3 号: 32 ページ: 9313-9317
  • DOI: 10.1002/slct.201802474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diastereoselective Synthesis of Salacinol-Type α-Glucosidase Inhibitors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Fumihiro、Jinno Kazumi、Kinouchi Eri、Ninomiya Kiyofumi、Marumoto Shinsuke、Xie Weijia、Muraoka Osamu、Morikawa Toshio、Tanabe Genzoh
  • 雑誌名: Journal of Organic Chemistry 巻: 83 号: 1 ページ: 185-193
  • DOI: 10.1021/acs.joc.7b02566
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Total syntheses of the aromatase inhibitors, mammeasins C and D, from Thai medicinal plant Mammea siamensis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanabe G., Tsutsui N., Shibatani K., Marumoto S., Ishikawa F., Ninomiya K., Muraoka O., Morikawa T.
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 73 号: 30 ページ: 4481-4486
  • DOI: 10.1016/j.tet.2017.06.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing the adenylation activities and protein-protein interactions of aryl acid adenylating enzymes (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, F., Kasai, S., Kakeya, H., Tanabe, G.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 18 号: 22 ページ: 2199-2204
  • DOI: 10.1002/cbic.201700361
  • 査読あり
• [雑誌論文] A chemoproteomics platform to investigate phosphopantetheine transferase activity at the cellular level (2017)
  • 著者名/発表者名: Konno, S., Ishikawa, F., Suzuki, T., Dohmae, N., Kakeya, H., Tanabe, G.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 18 号: 18 ページ: 1855-1862
  • DOI: 10.1002/cbic.201700301
  • 査読あり
• [雑誌論文] The chemical biology of natural product biosynthesis: chemical tools for the proteomic analysis of nonribosomal peptide synthetases (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, F., Kakeya, H.
  • 雑誌名: Frontiers Nat. Prod. Chem. 巻: 3 ページ: 65-90
  • DOI: 10.2174/9781681085340117030004
  • 査読あり
• [学会発表] チオ糖とエポキシドとのS-アルキル化を鍵反応に用いる"サラシア"由来α-グルコシダーゼ阻害剤、ネオコタラノールの高ジアステレオ選択的合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田哲志、小林祐喜、石川文洋、村岡修、田邉元三
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] 生合成系プロテオミクス機能解析技術を活用した非天然型機能性分子の合理的設計 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川文洋
  • 学会等名: 新学術領域研究 (研究領域提案型) 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, 第5回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 非リボソームペプチド生合成系を理解, 制御, 活用する基盤技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川文洋
  • 学会等名: 第21回スクリプスバイオメディカルフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Reprogramming aryl acid adenylating enzymes for non-native building blocks (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Ishikawa, Hinano Kitayama, Genzoh Tanabe
  • 学会等名: 10th International Peptide Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] タイ天然薬物 Mammea siamensis 花部クマリン成分の CYP19 阻害活性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 二宮 清文, 羅 鳳琳, 柴谷 華苗, Chaipech Sawanee, pongpiriyadacha Yutana, 村岡 修, 石川 文洋, 田邉 元三, 森川 敏生
  • 学会等名: 第22回天然薬物の開発と応用シンポジウム
• [学会発表] 5.ERK 依存的細胞死誘導剤 ACA-28 のトリプルネガティブ乳癌に対する効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 濵田 直弥, 川崎 有記, 佐藤 亮介, 高崎 輝恒, 田邉 元三, 石川 文洋, 杉浦 麗子
  • 学会等名: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [学会発表] 6.ジケトピペラジン生成反応を利用した NRPS プロテオミクス機能解析法の妥当性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 九十九 菜摘, 石川 文洋, 田邉 元三
  • 学会等名: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [学会発表] 7.アデニル化酵素 EntE 変異体の精密機能解析を指向した特異的リガンドの設計, 合成および機能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北山 陽菜乃, 石川 文洋, 田邉 元三,
  • 学会等名: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [学会発表] ERK依存的細胞死誘導剤 ACA-28 の高活性アナログによるがん細胞増殖抑制 (2018)
  • 著者名/発表者名: 濵田 直弥, 川崎 有記, 佐藤 亮介, 高崎 輝恒, 田邉 元三, 石川 文洋, 杉浦 麗子
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] Melodorum fruticosum から単離した Butenolide 類の全合成とメラニン産生抑制活性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田邉 元三, 萬瀬 貴昭, 福田 友紀, 福田 梨沙, 丸本 真輔, 石川 文洋, 二宮 清文, チャイペック・サワニ, ポンピリヤダチャ・ユタナ, 村岡 修 森川 敏生
  • 学会等名: 第60回天然有機化合物討論会
• [学会発表] 非リボソームペプチド生合成におけるプロテオミクス機能解析法の妥当性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 九十九 菜摘, 石川 文洋, 田邉 元三,
  • 学会等名: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] アデニル化酵素 EntE 変異体の精密機能解析を指向した分子リガンドの合成および機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北山 陽菜乃, 石川 文洋, 田邉 元三
  • 学会等名: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Highly Diastereoselective Synthesis of Salacinol-type α-Glucosidase Inhibitors and Evaluation of Their in vivo α-Glucosidase Inhibitory Activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Ishikawa, Kazumi Jinno, Naoki Sonoda, Eri Kinouchi, Junji Akaki, Kiyofumi Ninomiya, Shinsuke Marumoto, Osamu Muraoka, Toshio Morikawa, Genzoh Tanabe
  • 学会等名: 28th International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur
  • 国際学会
• [学会発表] 4,5-ジデヒドロアポルフィン型アルカロイドの合成およびメラニン形成抑制活性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白戸 美希, 萬瀬 貴昭, 二宮 清文, 丸本 真輔, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生, 田邉 元三
  • 学会等名: 日本薬学会第 138 年会
• [学会発表] ポリケチド生合成におけるアシル基転移酵素とアシルキャリアタンパク質のクロスリンク反応の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大内 理紗子, 石川 文洋, 後藤 絵菜, 木村 真希, 宮永 顕正, 田邉 元三, 工藤 史貴, 江口 正
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] 4,5-ジデヒドロアポルフィン型アルカロイドの合成およびメラニン形成抑制活性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白戸 美希, 萬瀬 貴昭, 二宮 清文, 丸本 真輔, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生, 田邉 元三
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] チオ糖とエポキシドとのS-アルキル化を鍵反応に用いる“サラシア”由来，サラシノール型α-グルコシダーゼ阻害剤の高ジアステレオ選択的合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 村岡 修, 田邉 元三
  • 学会等名: 第43回 反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] 天然薬物"サラシア"由来サラシノール類縁体のジアステレオ選択的合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 木内 恵里, 赤木 淳二, 二宮 清文, 村岡 修, 吉川 雅之, 森川 敏生, 田邉 元三
  • 学会等名: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [学会発表] "キャビコール誘導体ACA-28"は、がん細胞特異的にERK依存的細胞死を誘導する革新的抗がん剤シーズである (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉浦麗子, 佐藤亮介, 松浦一貴, 萩原加奈子, 神田勇輝, 石川文洋, 田邉元三, 村岡修, 高崎輝恒
  • 学会等名: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [学会発表] タイ天然薬物 Melodorum fruticosum 含有 butenolide類のメラニン産生抑制活性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 萬瀬 貴昭, 田邉 元三, 二宮 清文 , 今川 貴仁, 安藤 恵理, 福田 梨沙, 福田 友紀, 石川 文洋, 村岡 修, 森川 敏生
  • 学会等名: 日本生薬学会第64回年会
• [学会発表] アーユルベーダ天然薬物 ”サラシア” 由来スルホニウム塩類のジアステレオ選択的合成及びin vivo α-グルコシダーゼ阻害活性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋, 神農 佳澄, 薗田 直樹, 木内 恵里, 赤木 淳二, 二宮 清文, 村岡 修, 吉川 雅之, 森川 敏生, 田邉 元三
  • 学会等名: 第59回天然有機化合物討論会
• [学会発表] アデニレーションドメインの活性部位制御と機能開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋, 田邉 元三
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] アデニレーションドメインの活性部位制御と機能開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋
  • 学会等名: 新学術領域「生合成リデザイン」第1回若手シンポジウム
• [学会発表] 生合成系プロテオミクス網羅的機能解析技術を活用した非天然型機能性分子の合理的設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋
  • 学会等名: 新学術領域「生合成リデザイン」第2回公開シンポジウム
• [学会発表] ケミカルスペース拡充を指向した生合成工学的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金子賢介、竹中 慧、長尾野映花、石川文洋、波多野和樹、五十嵐雅之、掛谷秀昭
  • 学会等名: 京都大学大学院薬学研究科 医薬創成情報科学専攻 10周年記念シンポジウム
• [図書] 非リボソーム性ペプチド合成酵素の理解, 制御, 活用を目指して (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 文洋
  • 出版者: PEPTIDE NEWSLETTER JAPAN
• [備考] 近畿大学薬学部有機薬化学研究室
  • URL: https://www.phar.kindai.ac.jp/orgchem/
• [備考] 近畿大学 薬学部 医療薬学科 有機薬化学研究室
  • URL: http://www.phar.kindai.ac.jp/orgchem/