ポリケタイド閉環酵素とバイヤービリガー酵素の機能改変と新規化合物の創出

• 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: 19H04649
• 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: 森田 洋行 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (20416663)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2019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: 酵素工学 / 生合成 / X線結晶構造解析 / x線結晶構造解析

研究開始時の研究の概要

遺伝子操作技術の飛躍的な発展により，生体内で化合物の生合成に関わる酵素遺伝子やそれらの機能を改変した酵素の遺伝子を利用することで，医薬品などの有用化合物やそのもとになる化合物を効率よく生産できるようになってきた。本研究では，ポリケタイドのさらなる多様性を生み出す可能性の高いアサ由来オリベトール酸閉環酵素と，希な反応を触媒するNodulisporium sp.由来VidFの機能を改変することで，有用物質の生産に貢献することを目指す。

研究実績の概要

昨年度において，アサ由来オリベトール酸閉環酵素(OAC)の59番目のValをIleに置換すると，野生型よりも炭素数が6個長いアシル基を有する新規オリベトール酸アナログを生成できることを明らかにしていた。今年度においては，OAC V59I変異酵素の結晶構造を取得することで，その活性中心キャビティーがタンパク質表面まで伸長したことにより，本変異酵素が野生型よりも炭素数が6個長いアシル基を有する新規オリベトール酸アナログを創出できることを明らかにした。現在，この立体構造情報をもとにOACのさらなる機能改変が進行中である。
さらに，今年度においては，OAC V59I変異酵素に対する基質の効率的供給を目的に，III型ポリケタイド合成酵素（PKS）の一つであるアサ由来テトラケタイド合成酵素(TKS)の機能改変に着手した。本酵素はカンナビノイドの生合成において，OACの基質であるペンチルテトラケタイドCoAをヘキサノイルCoAと3分子のマロニルCoAから生産する酵素である。既に他のグループによって報告された本酵素の結晶構造を参考に，その活性中心キャビティを構成する190番目のPheをGlyに置換し，大腸菌にて異種発現し精製した本変異酵素に，マロニルCoAと各種長鎖脂肪族アシル基を有するCoAエステルを基質として作用させ，その生成物の解析を行った。その結果，本変異酵素がヘキサノイルCoAよりも炭素数が10長いアシル基を有するCoAエステルを3分子のマロニルとともに基質として受容することが明らかとなった。さらに，本変異酵素とOAC V59I変異酵素の共反応を行うことで，上記新規オリベトール酸アナログを生産することが確認できた。今後，これらの酵素遺伝子を酵母に組み込むことで，より効率のよいオリベトール酸アナログの生産系の効率に取り組む予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ヤンゴン大学化学部(ミャンマー)
• [国際共同研究] カイロ大学薬学部/カイロ国立研究センター(エジプト)
• [国際共同研究] カントー大学(ベトナム)
• [国際共同研究] ヤンゴン大学(ミャンマー)
• [雑誌論文] Shanpanootols A-F, diterpenoids from Kaempferia pulchra rhizomes collected in Myanmar and their Vpr inhibitory activities (2021)
  • 著者名/発表者名: N.N. Win, T. Kodama, Z.P. Htoo, S.Y.Y. Hnin, H. Ngwe, I. Abe, H. Morita
  • 雑誌名: Fitoterapia 巻: 151 ページ: 104870-104870
  • DOI: 10.1016/j.fitote.2021.104870
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Flavonoids from Woodfordia fruticosa as potential SmltD inhibitors in the alternative biosynthetic pathway of peptidoglycan (2021)
  • 著者名/発表者名: Lee Yuan-E、Kodama Takeshi、Win Nwet Nwet、Ki Dae-Won、Hoang Nhat Nam、Wong Chin Piow、Lae Khine Zar Wynn、Ngwe Hla、Dairi Tohru、Morita Hiroyuki
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 巻: 36 ページ: 127787-127787
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2021.127787
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anti-Vpr activities of homodrimane sesquiterpenoids and labdane diterpenoids from Globba sherwoodiana rhizomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Prema、Kodama Takeshi、Wong Chin Piow、El-Desoky Ahmed H.、Nyunt Hnin Htet Wai、Ngwe Hla、Abe Ikuro、Morita Hiroyuki
  • 雑誌名: Fitoterapia 巻: 146 ページ: 104705-104705
  • DOI: 10.1016/j.fitote.2020.104705
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical Constituents of the Vietnamese Marine Sponge Gelliodes sp. and Their Cytotoxic Activities (2020)
  • 著者名/発表者名: Ki Dae‐Won、Kodama Takeshi、El‐Desoky Ahmed H.、Wong Chin Piow、Nguyen Hien Minh、Do Kiep Minh、Thai Quang Minh、Ton Nu Lien Huong、Morita Hiroyuki
  • 雑誌名: Chemistry & Biodiversity 巻: - 号: 9 ページ: 2000303-2000303
  • DOI: 10.1002/cbdv.202000303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three new quassinoids isolated from Picrasma javanica wood and their anti-Vpr activities (2020)
  • 著者名/発表者名: Prema, C.P. Wong, A.E. Nugroho, A.H. El-Desoky, M.D. Awouafack, Y.Y. Win, H. Ngwe, I. Abe, Hiroshi Morita, Hiroyuki Morita
  • 雑誌名: J Nat Med 巻: 74 号: 3 ページ: 571-578
  • DOI: 10.1007/s11418-020-01411-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three new steroidal saponins from Aspidistra letreae plants and their cytotoxic activities (2020)
  • 著者名/発表者名: D.V. Ho, H.N.T. Hoang, H.Q. Vo, K.V. Nguyen, T.V. Pham, A.T. Le, K.V. Phan, H.M. Nguyen, H. Morita, H.T. Nguyen
  • 雑誌名: J Nat Med 巻: 74 号: 3 ページ: 591-598
  • DOI: 10.1007/s11418-020-01395-9
  • NAID: 40022252891
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Antimelanogenic activity of ocotillol-type sapinin from Panax vietnamesis (2020)
  • 著者名/発表者名: H.M. Nguyen, H.T. Nguyen, N.N. Win, C.P. Wong, K.L.V. Huynh, N.N. Hoang, K.M. Do, T.H. Nguyen, D.V. Ho, M.D. Nguyen, H. Morita
  • 雑誌名: Chem Biodivers 巻: 17 号: 5 ページ: 2000037-2000037
  • DOI: 10.1002/cbdv.202000037
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New cytotoxic polyacetylene amides from the Egyptian marine sponge Siphonochalina siphonella (2020)
  • 著者名/発表者名: D. Ki, A.H. El-Desoky, T Kodama, C.P. Wong, M.A. Ghani, A.A. El-Beih, M. Mizuguchi, H. Morita.
  • 雑誌名: Fitoterapia 巻: 142 ページ: 104511-104511
  • DOI: 10.1016/j.fitote.2020.104511
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New cytotoxic polyacetylene alcohols from the Egyptian marine sponge Siphonochalina siphonella (2020)
  • 著者名/発表者名: D. Ki, A.H. El-Desoky, C.P. Wong, M. Abdel-Ghani, A.A. El-Beih, M. Mizuguchi, H. Morita
  • 雑誌名: J Nat Med 巻: 74 号: 2 ページ: 409-414
  • DOI: 10.1007/s11418-019-01377-6
  • NAID: 40022183636
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New pregnane glycosides from Caralluma hexagona Lavranos and their α-glucosidase and pancreatic lipase inhibitory effects (2020)
  • 著者名/発表者名: A.A. Shalabi, A.M. El Halawany, M.A. Choucry, F.S. El-Sakhawy, H. Morita, D. Ki, E.A. Abdel-Sattar
  • 雑誌名: Phytochem Lett 巻: 36 ページ: 49-57
  • DOI: 10.1016/j.phytol.2020.01.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anti-inflammatory activities of isopimara-8(9),15-diene diterpenoids and mode of action of kaempulchraols B-D from Kaempferia pulchra rhizomes (2020)
  • 著者名/発表者名: N.N. Win, B. Hardianti, H. Ngwe, Y. Hayakawa, H. Morita
  • 雑誌名: J Nat Med 巻: 74 号: 2 ページ: 487-494
  • DOI: 10.1007/s11418-020-01389-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anti-inflammatory activities of isopimara-8(14),-15-diene diterpenoids and mode of action of kaempulchraols P and Q from Kaempferia pulchra rhizomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Nwet WN, Hardianti B, Kasahara S, Ngwe H, Hayakawa Y, Morita H.
  • 雑誌名: Bioorg Med Chem. 巻: 30 号: 2 ページ: 126841-126841
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126841
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] How structural subtleties lead to molecular diversity for the type III polyketide synthases (2019)
  • 著者名/発表者名: Morita Hiroyuki、Wong Chin Piow、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 41 ページ: 15121-15136
  • DOI: 10.1074/jbc.rev119.006129
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Viral protein R inhibitors from Swertia chirata of Myanmar (2019)
  • 著者名/発表者名: Woo, S., Win, N.N., Oo, W.M.N., Ngwe, H., Ito, T., Abe, I., Morita, H.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 128 号: 4 ページ: 445-449
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.04.006
  • NAID: 40022037152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anti-melanin deposition activity and active constituents of Jatropha multifida stems (2019)
  • 著者名/発表者名: Woo, S., Wong, C.P., Win, N.N., Lae, K.Z.W., Woo, B., Elsabbagh, S.A., Liu, Q.Q., Ngwe, H., Morita, H.
  • 雑誌名: J. Nat. Med. 巻: 73 号: 4 ページ: 805-813
  • DOI: 10.1007/s11418-019-01314-7
  • NAID: 40021995190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Elucidation of Tenebrathin: Cytotoxic C-5-Substituted γ-Pyrone with a Nitroaryl Side Chain from Streptoalloteichus tenebrarius (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Mitsuhashi Takaaki、Kikuchi Takashi、Wong Chin Piow、Morita Hiroyuki、Awakawa Takayoshi、Fujita Makoto、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 21 号: 16 ページ: 6519-6522
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02443
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three new inositol derivatives from Chisocheton paniculatus (2019)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, H.T., Tran, L.T.T., Ho, D. V., Phan, K.V., Raal, A., Morita, H.
  • 雑誌名: Tetrahedron. Lett. 巻: 60 号: 28 ページ: 1841-1844
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.06.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile sodium metabisulfite mediated synthesis of 1,2-disubstituted benzimidazoles and cytotoxicity evaluation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hue, B.T.B., Nguyen, H.M., Hieu, M.V., Thanh, D.L.D., Son, N.H., De, T.Q., Morita, H.
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: 98 号: 5 ページ: 650-665
  • DOI: 10.3987/com-19-14071
  • NAID: 40021963084
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new alkylbenzoquinone from Embelia rowlandii Gilg. (Myrsinaceae) (2019)
  • 著者名/発表者名: Tchomtchoua Bouzeko, I.L., Ndontsa, B.L., Mba Nguekeu, Y.M., Awouafack, M.D., Wong, C.P., Simo Mpetga, J.D., Mbouangouere, R., Tane, P., Morita, H.
  • 雑誌名: Nat Prod Res 巻: 33 号: 13 ページ: 1909-1915
  • DOI: 10.1080/14786419.2018.1479703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two new quassinoids and other constituents from Picrasma javanica wood and their biological activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Prema, Wong, C.P., Nugroho, A. E., Awouafack, M.D., Win, Y.Y., Win, N.N., Ngwe, H., Morita, H., Morita, H.
  • 雑誌名: J. Nat. Med. 巻: 73 号: 3 ページ: 589-596
  • DOI: 10.1007/s11418-018-01279-z
  • NAID: 40021912718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amino Acid Residues Recognizing Isomeric Glutamate Substrates in UDP-N-acetylmuramic acid-l-alanine-glutamate Synthetases (2019)
  • 著者名/発表者名: Feng Ruoyin、Satoh Yasuharu、Morita Hiroyuki、Ogasawara Yasushi、Dairi Tohru
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 14 号: 5 ページ: 975-978
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00159
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new sterol from the Vietnamese marine sponge Xestospongia testudinaria and its biological activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, H.M., Ito, T., Win, N.N., Vo, H.Q., Nguyen, H.T., Morita, H.
  • 雑誌名: Nat. Prod. Res. 巻: 33 号: 8 ページ: 1175-1181
  • DOI: 10.1080/14786419.2018.1465057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bis-iridoid and iridoid glycosides: Viral protein R inhibitors from Picrorhiza kurroa collected in Myanmar (2019)
  • 著者名/発表者名: N.N. Win, T. Kodama, K.Z.W. Lae, Y.Y. Win, H. Ngwe, I Abe, H. Morita
  • 雑誌名: Fitoterapia 巻: 134 ページ: 101-107
  • DOI: 10.1016/j.fitote.2019.02.016
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Engeering of olivetolic cyclase to generate new compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: JST-CRSC「日中分野別ハイレベル研究者交流会2019」医薬・健康編
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of unnatural compounds by enzyme engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: The 80th Anniversary of The Natural Products Research Institute at Seoul National University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 天然型・非天然型化合物ライブラリーの構築を目指して (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: 第36回和漢医薬学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] ポリケタイド閉環酵素とバイヤービリガー酵素の機能改変と新規化合物の創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: 科学研究費補助金 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６回公開シンポジウム
• [学会発表] 有用物質生産を目指した二次代謝酵素の酵素工学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: フォーラム富山「創薬」第49回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of unnatural compounds by enzyme engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田 洋行
  • 学会等名: 2019 International Conference of The Plant Resources Society of Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 富山大学和漢医薬学総合研究所 天然物創薬学領域 天然物化学ユニット
  • URL: https://www.inm.u-toyama.ac.jp/napc/index.html