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テルペノイド生産特化型放線菌生合成プラットフォームの構築と新規二次代謝産物の創出

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 17H05455
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
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

高橋 俊二  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, ユニットリーダー (30311608)

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
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード生合成プラットフォーム / 放線菌 / テルペノイド / 二次代謝産物 / 代謝設計
研究実績の概要

植物・微生物は様々な有用テルペノイド化合物を生産し、医薬品、芳香剤、エネルギー資源など多岐に亘る需要がある。立体特異的構造をもつため化学合成が困難であり、量産には生物の生合成系を活用する必要がある。放線菌は、構造多様性を持つ有用二次代謝物を高生産する能力を有するためテルペノイド化合物への応用利用が期待されているが、大腸菌や酵母のような実質的な高生産システムの開発には至っていない。本研究では、メバロン酸経路を直接制御する転写制御因子とプロモーターセットを内在する放線菌 (Streptomyces reveromyceticus)を活用し、遺伝子発現時期が異なる一次・二次代謝生合成遺伝子の全てを同調的に機能させることにより、テルペノイド高生産に特化した生合成プラットフォームを構築すること、さらに、この基盤を活用し機能未知の遺伝子クラスターから生合成される新規二次代謝産物を取得することを目的とした。実施計画にもとづき、全RNA発現解析を行い、様々な発現パターンを示すプロモーターをフラキノシン(FQ)生合成遺伝子クラスターの転写制御因子に連結し、FQ生産を指標(褐色コロニーとなるため生産判断が容易)に二次代謝生合成とのリンクを検証した。その結果、当初の予想に反し、恒常的に高発現しているプロモーターを連結した場合には効率的な代謝リンクを達成できないことが判明した。そこで、二次元電気泳動により、対数増殖期、定常状態で発現しているタンパク質発現を経時的に解析し、その挙動をカタログ化した。さらに、一次・二次代謝リンクに関わる内在プロモーター探索を行い、ボツリオコッセン生産を検討したところ、約0.2g/Lの生産量を達成することに成功した。また、本システムに人工合成DNAを用いて作成したテルペノイド環化酵素を導入することによって、二次代謝物生産に成功した。

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。

報告書

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

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Kentucky(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] β-carboline biomediators induce reveromycin production in Streptomyces sp. SN-593.2019

    • 著者名/発表者名
      Panthee S., Takahashi S.*, Hayashi T., Shimizu T, and Osada H.
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 9 号: 1 ページ: 5802-5802

    • DOI

      10.1038/s41598-019-42268-w

    • 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
  • [雑誌論文] Pentaminomycins A and B, hydroxyarginine-containing cyclic pentapeptides from Streptomyces sp. RK88-1441.2018

    • 著者名/発表者名
      Jang J.-P., Hwang G.J., Kwon M.C., Ryoo I.-J., Jang M., Takahashi S., Ko S.K., Osada H., Jang J.H., and Ahn J.S.
    • 雑誌名

      J. Nat. Prod.

      巻: 81 号: 4 ページ: 806-810

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.7b00882

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Aturanosides A and B, glycosylated anthraquinones with antiangiogenic activity from a soil-derived Streptomyces species.2018

    • 著者名/発表者名
      Jang J.-P., Hwang G.J., Jang M., Takahashi S., Ko S.K., Osada H., Jang J.H., and Ahn J.S.
    • 雑誌名

      J. Nat. Prod.

      巻: 81 号: 9 ページ: 2004-2009

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.8b00307

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Control of the stereochemical course of [4+2] cycloaddition during trans-decalin formation by Fsa2-family enzymes2018

    • 著者名/発表者名
      Kato N, Nogawa T, Takita R, Kinugasa K, Kanai M, Uchiyama M, Osada H, Takahashi S
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed Engl

      巻: 57 号: 31 ページ: 9754-9758

    • DOI

      10.1002/anie.201805050

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catenulisporolides, glycosylated triene macrolides from the chemically underexploited actinomycete Catenulispora species.2018

    • 著者名/発表者名
      Son S., Hong Y.S., Futamura Y., Jang M., Lee J.K., Heo K.T., Ko S.K., Lee J.S., Takahashi S., Osada H., Jang J.H., Ahn J.S.
    • 雑誌名

      Org. Lett.

      巻: 20 号: 22 ページ: 7234-7238

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.8b03160

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Biosynthesis of Quinolidomicin, the Largest Known Macrolide of Terrestrial Origin: Identification and Heterologous Expression of a Biosynthetic Gene Cluster over 200 kb2018

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Takuya、Hashimoto Junko、Kozone Ikuko、Amagai Keita、Kawahara Teppei、Takahashi Shunji、Ikeda Haruo、Shin-ya Kazuo
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 20 号: 24 ページ: 7996-7999

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.8b03570

    • 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
  • [雑誌論文] Kinanthraquinone, a new anthraquinone carboxamide isolated from Streptomyces reveromyceticus SN-593-44.2018

    • 著者名/発表者名
      Takagi H., Nogawa T., Futamura Y., Takahashi S., Osada H.
    • 雑誌名

      J. Antibiot.

      巻: 71 ページ: 480-482

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a terpenoid-production platform in Streptomyces reveromyceticus SN-5932017

    • 著者名/発表者名
      Khalid A、Takagi H、Panthee S、Muroi M、Chappell J、Osada H、Takahashi S
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 6 号: 12 ページ: 2339-2349

    • DOI

      10.1021/acssynbio.7b00249

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Novel squalene-producing thraustochytrids found in mangrove water.2017

    • 著者名/発表者名
      Otagiri M., Khalid A., Moriya S., Osada H., Takahashi S.
    • 雑誌名

      Biosci Biotechnol Biochem.

      巻: 81 号: 10 ページ: 2034-2037

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1359485

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Development of a terpenoid-production platform in Streptomyces reveromyceticus SN-5932019

    • 著者名/発表者名
      Shunji Takahashi
    • 学会等名
      2nd China-Japan Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるRevKの結晶構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      奥村英夫、鬼頭奈央子、佐藤裕美、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるサクシニル化酵素群の相互作用解析2019

    • 著者名/発表者名
      鬼頭奈央子、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Crystal Structures of an Indole Prenyltransferase, IptA: Implications for Substrate Tolerance and Its Expansion2018

    • 著者名/発表者名
      西本一希、日野智也、高木 海、佐藤裕美、高橋俊二、永野真吾
    • 学会等名
      24th Conference on Isoprenoids
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるサクシニル化酵素群の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      鬼頭奈央子、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二
    • 学会等名
      放線菌学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Kinanthraquinone生合成遺伝子クラスターの解析2018

    • 著者名/発表者名
      高尾 理沙、鬼頭 奈央子、高木 海、野川 俊彦、長田 裕之、高橋 俊二
    • 学会等名
      放線菌学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 新規アントラキノンkinanthraquinoneの同定と生物活性評価2018

    • 著者名/発表者名
      髙木 海、野川俊彦、二村友史、長田裕之、高橋俊二
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 立体選択的デカリン形成を担うFsa2ファミリーDiels-Alderaseの機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      加藤直樹、野川俊彦、衣笠清美、高橋俊二、長田裕之
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるサクシニル化酵素群の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      鬼頭奈央子、高橋俊二、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 糸状菌Pyrenochaetopsis sp. RK10-F058より単離した新規デカリン骨格含有二次代謝産物wakodecaline Cの構造2018

    • 著者名/発表者名
      野川俊彦、加藤直樹、清水猛、岡野亜紀子、二村友史、高橋俊二、長田裕之
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるRevMの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      鬼頭奈央子、高橋俊二、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之
    • 学会等名
      放線菌学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 天然物生合成研究ユニット

    • URL

      http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/npbu/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-28  

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