| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06454
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
山崎 真巳 千葉大学, 大学院薬学研究院, 准教授 (70222370)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 生合成 / アルカロイド / リジン脱炭酸 / カンプトテシン / ゲノム編集 / メタボローム / トランスクリプトーム |
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| 研究実績の概要 |
植物における生物活性物質生合成の分子基盤を解明し合理的な生合成リデザインに応用することを目的として、カンプトテシン生合成ならびにリジン由来アルカロイド生合成について次の研究を行った。（1）形質転換体のメタボローム解析による遺伝子機能解析：リジン由来アルカロイドを生産するホソバルピナス由来のリジン／オルニチン脱炭酸酵素La-L/ODCを導入発現させたトランスジェニックシロイヌナズナにおいてリジン由来の新規化合物が生成されることを明らかにした。（2）リジン／オルニチン脱炭酸酵素の反応機構の理論解析：La-L/ODCのX線構造解析データを基に基質・生成物と補酵素の構造変化に関する計算化学による触媒反応の理論解析を行った。（3）安定同位体標識前駆体フィードによる生合成経路の解明：チャボイナモリ毛状根培養に15N-標識トリプトファンを添加し経時的に生合成中間体の標識をLC-MSにより分析した結果、各中間体の代謝動態が明らかになった。また新規中間体を検出した。（4）チャボイナモリにおけるゲノム編集系を確立：チャボイナモリ毛状根を用いて既知遺伝子のゲノム編集を行いプロモーターの違い等によるゲノム編集効率を評価し、今後の機能未知の遺伝子機能のin vivo解析のためのゲノム編集方法を確立した。（5）統合オミクス解析による生合成経路の推定：チャボイナモリのメタボロームデータ・トランスクリプトームデータを用いた統合オミクス解析によるカンプトテシン生合成経路の推定を行った。特に二次代謝経路関連遺伝子について共発現する遺伝子クラスターを明らかにした。（6）チャボイナモリのゲノム解析：従来のde novoトランクリプトームデータを高精度化するために用いるため、チャボイナモリのゲノム解析に着手した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度より、佐藤研究員が参加したことにより触媒反応の理論計算実施を開始した。これに加え、以前より進めていた理化学研究所白水博士との共同研究により酵素タンパク質のX線構造解析データを取得したので、これをもとに東大内山博士との共同研究により計算化学による反応機構予測が可能になった。また、かずさDNA研究所鈴木博士ならびに理化学研究所中林博士との共同研究により代謝物のノンターゲット解析（メタボローム解析）と新規代謝物のマイニング方法がほぼ確立し、メタボローム解析からのアプローチ方法に目途が立った。また、本研究の主な研究対象植物についてゲノム解析に着手し始めたところであったが、本年度は新学術領域ゲノム支援の支援課題に新規採択されたことにより飛躍的に高精度のゲノム情報データを取得することが出来た。これらのことから本研究に計画当初にはなかった新しい展開が可能になり、計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
リジン由来アルカロイド生合成については、鍵酵素であるリジン／オルニチン脱炭酸酵素に関してタンパク質の立体構造を用いた理論解析からの予測をもとに点変異タンパク質をデザインし、これを用いたin vitro機能解析により実証実験を行う。カンプトテシン生合成については、チャボイナモリのゲノム解析を完成させる。このために異なる解析方法で得たゲノムデータを統合解析する。さらにこのゲノム情報をもとに従来得ているトランスクリプトームデータを再解析し精度の高い共発現解析等の統合オミクス解析を進め、アルカロイド生合成に関与する遺伝子をマイニングする。さらに、ゲノム編集を行った形質転換体のメタボローム解析を行うことにより遺伝子のin vivo機能解析を進める。
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