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2016 年度 実績報告書

試験管内人工生合成系を活用した擬天然物合成生物学

計画研究

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 16H06444
研究機関東京大学

研究代表者

菅 裕明  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00361668)

研究分担者 後藤 佑樹  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70570604)
尾仲 宏康  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (80315829)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワード試験管内リデザイン生合成系 / 擬天然物 / 人工生合成系 / 主鎖修飾型ペプチド
研究実績の概要

本研究課題では、生体内には存在し得ない人工生合成マシナリーをリデザインすること、さらにそのシステムを用いて任意の生物活性をもつ天然物様化合物を創製することにより、新機軸の生物活性分子開発に資する『擬天然物合成生物学』の基盤を確立する。具体的には、改変翻訳系と異種由来のペプチド修飾酵素を複数組み合わせることで、主鎖にアゾール環などの修飾骨格を有する天然物様ペプチドの試験管内リデザイン生合成系の創製を行う。さらに、この系を用いて、大規模な多様性(一兆種類以上)をもつ擬天然物のランダム配列ライブラリーを構築し、当該ライブラリーから新規生物活性擬天然物の探索系を構築することで医療に資する化合物の発見も視野に入れた研究を進める。
今年度の研究では、三段階の骨格形成/骨格変換ステップ(1. 改変無細胞翻訳系を用いた非タンパク質性アミノ酸を含むペプチド鎖の形成・2. 脱水ヘテロ環化酵素によるアゾリン環への主鎖骨格変換・3. 脱水素酵素によるアゾール環への骨格変換)を、それぞれ異種生合成マシナリー由来の酵素を組み合わせて達成することを目指した。具体的には、シアノバクテリア由来脱水ヘテロ環化酵素PatDと、放線菌由来の脱水素酵素GodEとを試験管内で共奏的に機能させた。また、両者が高い基質許容性を示すことも実証した。これにより、多種多様な配列を有する人工のアゾールペプチドを簡便に生産する人工生合成系を確立することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画の通り、シアノバクテリア由来脱水ヘテロ環化酵素PatDと、放線菌由来の脱水素酵素GodEとが共奏的に機能する試験管内生合成系を確立し、多彩な人工アゾールペプチド簡便合成を実証した。

今後の研究の推進方策

別の菌に由来する生合成酵素を人工生合成系に組み込むことで、合成できる擬天然物骨格のバリエーションを増やすと共に、既に確立した人工生合成系を用いた擬天然物化合物ライブラリーの構築にも着手する。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 8件、 招待講演 12件) 図書 (3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Dissection of goadsporin biosynthesis by in vitro reconstitution leading to designer analogues expressed in vivo.2017

    • 著者名/発表者名
      Ozaki T, Yamashita K, Goto Y, Shimomura M, Hayashi S, Asamizu S, Sugai Y, Ikeda H, Suga H, Onaka H.
    • 雑誌名

      Nat Commun.

      巻: 8 ページ: 14207

    • DOI

      doi: 10.1038/ncomms14207

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Post-translational Cyclodehydratase, PatD, Tolerates Sequence Variation in the C-terminal Region of Substrate Peptides2016

    • 著者名/発表者名
      Goto Y, Suga H.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 45 ページ: 1247-9

    • DOI

      doi: 10.1246/cl.160562

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In vitro biosynthesis systems for elaboration of novel bioacitive peptides2016

    • 著者名/発表者名
      Goto Y, Suga H.
    • 雑誌名

      Peptide Science

      巻: 53 ページ: 1-2

  • [学会発表] In vitro biosynthetic system for peptides with diverse modified backbones2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Goto
    • 学会等名
      第97回日本化学会春季年会Asian International Symposium -Natural Products Chemistry, Chemical Biology/ Biofunctional Chemistry and Biotechnology-
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of novel bioactive molecules using artificial in vitro biosynthesis systems2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Goto
    • 学会等名
      日本化学会進歩賞受賞講演 第97回日本化学会春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Artificial in vitro biosynthetic systems aiming at development of de novo natural product-like peptides2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Goto
    • 学会等名
      The 23rd Peptide Forum
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2017-01-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A RaPID way to discover pseudo-natural products & peptides for therapeutic uses2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Suga
    • 学会等名
      The 1st international PSL Chemical Biology Symposium
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2016-12-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In vitro biosynthetic system for peptides with diverse modified backbones2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Goto, Yasuharu Kato, Hiroaki Suga
    • 学会等名
      Asian Chemical Biology Conference 2016
    • 発表場所
      高雄、台湾
    • 年月日
      2016-12-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Artificial in vitro biosynthetic systems for elaboration of natural product-like peptides2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Goto
    • 学会等名
      日本ペプチド学会奨励賞受賞講演 第53回ペプチド討論会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-10-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] n vitro synthetic biology of the ribosome and genetic code: From basic science to applied research2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Suga
    • 学会等名
      Symposium on the Genetics of Industrial Microorganisms GIM2016
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2016-10-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 放線菌における潜在的二次代謝能の覚醒による新規抗生物質探索手法の確立及びその作用機構の解明2016

    • 著者名/発表者名
      尾仲宏康
    • 学会等名
      住木梅澤記念賞受賞講演
    • 発表場所
      学士会館(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-10-18
    • 招待講演
  • [学会発表] A RaPID way to discover pseudo-natural peptides for therapeutic uses2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Suga
    • 学会等名
      Gold Medal Awardee Lecture, Max-Bergmann Conference 2016
    • 発表場所
      Ilsenburg, Germany
    • 年月日
      2016-10-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 擬天然物創製を目指した人工生合成系の開発2016

    • 著者名/発表者名
      後藤佑樹
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会 「ペプチド機能設計と生化学のインタープレイ:分子相互作用制御と生体応答」シンポジウム
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-25
    • 招待講演
  • [学会発表] A RaPID way to discover pseudo-natural peptides for therapeutic uses2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Suga
    • 学会等名
      EMBO Conference-Chemical Biology
    • 発表場所
      Heidelberg, Germany
    • 年月日
      2016-09-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工生合成系を用いた擬天然物創製2016

    • 著者名/発表者名
      後藤佑樹
    • 学会等名
      神戸大学 バイオプロダクション次世代農工連携拠点 第6回合成生物工学シンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-07-28
    • 招待講演
  • [学会発表] Artificial in vitro biosynthetic systems for elaboration of pseudo-natural products2016

    • 著者名/発表者名
      後藤佑樹
    • 学会等名
      第12回生合成若手勉強会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-07-23
  • [学会発表] A RaPID way to discover bioactive pseudo-naturla peptides2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Suga
    • 学会等名
      Banyu-Sapporo Symposium
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-07-02
    • 招待講演
  • [図書] 遺伝暗号リプログラミングによる人工翻訳系の創製、人工細胞の創製とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      黒田知宏, 後藤佑樹, 菅裕明
    • 総ページ数
      215(162-171)
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [図書] 擬天然物創製を見据えた人工生合成系の開発, 化学工業2016

    • 著者名/発表者名
      後藤佑樹
    • 総ページ数
      799(787-794)
    • 出版者
      化学工業社
  • [図書] 特殊ペプチド創薬~第三の創薬シーズの可能性を拓く~、現代化学2016

    • 著者名/発表者名
      山田光博, 梅本詩織, 後藤佑樹, 菅裕明
    • 総ページ数
      80(38-41)
    • 出版者
      東京化学同人
  • [備考] 天然ペプチド骨格の合理的な設計手法の開発~天然物資源からの創薬研究がより簡便にスピーディーに~

    • URL

      http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2017/5251/

  • [備考] 天然ペプチド骨格の合理的な設計手法の開発~天然物資源からの創薬研究がより簡便にスピーディーに~

    • URL

      http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2016/20170203.html

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公開日: 2022-12-28  

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