• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

合成分子による酵素の機能改変に基づく化学的生合成リデザイン

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 19H04650
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

有安 真也  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (50586998)

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 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード擬似基質 / 親水性基質 / 基質認識 / 選択的水酸化 / 網羅的活性評価 / 酵素 / 機能改変 / デコイ分子 / 多段階酵素反応 / 親水性デコイ分子 / エポキシ化 / 脱メチル化
研究開始時の研究の概要

本研究課題では、複雑骨格機能分子の合成に必要な窒素や酸素、硫黄原子を含む親水性基質の立体選択的な化学変換技術の開発を目指し、我々が開発した基質類似分子(デコイ分子)の外部添加による酵素の基質特異性や位置・立体選択性を制御する技術をさらに発展させ、化学的アプローチによる生合成リデザイン、および、複雑骨格機能分子の合成法を行う。デコイ分子の先端に様々な官能機を導入することで、天然のアミノ酸にはない官能基を酵素の反応中心に自在に配置することが可能であり、生合成系のリデザインを化学の視点から展開することを目指す。

研究実績の概要

2020年度は2019年度に遂行した(i)基質認識型デコイ分子による親水性基質の化学変換法の開拓と、(ii) 多段階酵素反応による複雑骨格機能分子の構築法の開発の足がかりを基に、申請時の計画通り、(i)と(ii)の継続と、(iii)菌体内反応系への応用の検討を中心に行った。(i)の継続として水酸基を有するフェノール、窒素系官能基を持つアニリンやピリジン、硫黄原子を有するチオアニソールやその他、カルボニル基を有する様々な非天然基質に適用範囲の拡大を目指し、基質認識型デコイ分子の開発をさらに進展させた。また、申請とは別に、P450BM3によるベンゼン水酸化を効率よく誘起するデコイ分子を開発する過程で600分子を超えるデコイ分子ライブラリーと、オートサンプラや自動分注機を用いた迅速スクリーニングを併用して、いくつかのデコイ分子において基質認識による水酸化位置の変換が観測された。例えば、フェノールの水酸化においては、従来のデコイ分子ではパラ位に水酸基が導入されたヒドロキノンがほぼ選択的に生成するのに対し、見出した基質認識型のデコイ分子ではオルト位に水酸基が導入されたカテコールの生成が見られた。また、(ii)の多段階酵素反応への応用に関しては、上記の非天然基質への水酸基の導入の他、メトキシ基への脱メチル化、二重結合へのエポキシ化など、多段階反応に有効な官能基を非天然基質に導入することに成功した。(iii)の菌体反応への応用に関しては、基質認識型デコイ分子が従来の分子よりも親水性が強く、菌体反応に用いる大腸菌ではデコイ分子が菌体の膜構造の浸透が困難であり、従来の大腸菌での反応が困難であることが明らかとなったが、大腸菌以外の菌体を用いたところ、デコイ分子の透過性の傾向が大きく異なることを明らかにし、基質認識型デコイ分子による菌体反応の基盤となる技術の開発に成功した。

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。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Expanding the Applicability of Cytochrome P450s and other Haemoproteins2020

    • 著者名/発表者名
      Shinya Ariyasu, Joshua Kyle Stanfield, Yuichiro Aiba, Osami Shoji
    • 雑誌名

      Current Opinion in Chemical Biology

      巻: 59 ページ: 155-163

    • DOI

      10.1016/j.cbpa.2020.06.010

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Systematic Evolution of Decoy Molecules for the Highly Efficient Hydroxylation of Benzene and Small Alkanes Catalyzed by Wild-Type Cytochrome P450BM32020

    • 著者名/発表者名
      Kai Yonemura, Shinya Ariyasu, Joshua Kyle Stanfield, Kazuto Suzuki, Hiroki Onoda, Chie Kasai, Hiroshi Sugimoto, Yuichiro Aiba, Yoshihito Watanabe, Osami Shoji
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 16 ページ: 9136-9144

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c01951

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Design and Regulation of Metalloenzyme Activities through two Novel Approaches: Ferritin and P450s2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Watanabe, Yuichiro Aiba, Shinya Ariyasu, Satoshi Abe
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 93 号: 3 ページ: 379-392

    • DOI

      10.1246/bcsj.20190305

    • NAID

      130007808692

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] シトクロムP450BM3の誤作動状態を利用したガス状アルカンの直接水酸化2020

    • 著者名/発表者名
      有安真也、愛場雄一郎、荘司長三
    • 雑誌名

      えねるみくす(日本エネルギー学会機関誌)

      巻: 9 ページ: 147-154

    • NAID

      130007824226

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 気体資源の有効活用を目指した高圧反応装置の開発2020

    • 著者名/発表者名
      有安真也、荘司長三
    • 雑誌名

      機能材料(シーエムシー出版)

      巻: 40 ページ: 46-56

    • NAID

      40022627414

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of a High-Pressure Reactor Based on Liquid-Flow Pressurisation to Facilitate Enzymatic Hydroxylation of Gaseous Alkanes2019

    • 著者名/発表者名
      Ariyasu, S.; Kodama, Y. (equal contribution); Kasai, C; Cong, Z.; Stanfield, J. K.; Aiba, Y.; Watanabe, Y.; Shoji, O.
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 11 号: 19 ページ: 4709-4714

    • DOI

      10.1002/cctc.201901323

    • NAID

      120006777540

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Enzymatic Hydroxylation of Small Alkanes by P450BM3 with Decoy Molecules under High Pressure2020

    • 著者名/発表者名
      Shinya Ariyasu, Yusaku Kodama, Kai Yonemura, Chie Kasai, Joshua Kyle Stanfield, Yuma Shisaka, Yuichiro Aiba, Yoshihito Watanabe, Osami Shoji
    • 学会等名
      The 4th IRCCS International Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シトクロムP450による高難度ガス状アルカンの直接水酸化2020

    • 著者名/発表者名
      有安 真也、児玉 侑朔、米村 開、笠井 千枝、愛場 雄一郎、荘司 長三
    • 学会等名
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 合成分子による酵素の機能改変に基づく化学的生合成リデザイン2020

    • 著者名/発表者名
      有安 真也
    • 学会等名
      新学術領域研究「生合成リデザイン」第9回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Mutagenesis and Decoy Molecules in Hydroxylation of Gaseous Alkanes by Cytochrome P450BM32019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Ariyasu, Yusaku Kodama, Chie Kasai, Yoshihito Watanabe, Osami Shoji
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] シトクロムP450によるガス状アルカンの高効率水酸化を目指した高圧反応装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      有安真也、児玉侑朔、笠井千枝、愛場雄一郎、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第52回酸化反応討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] シトクロムP450BM3の非天然基質の水酸化における擬似基質と変異導入の効果2019

    • 著者名/発表者名
      有安真也、鈴木和人、佐々木結花、笠井千枝、中村大介、柳澤颯太、ジョシュア・カイル・スタンフィールド、愛場雄一郎、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第3回 新学術領域研究「生合成リデザイン」若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi