非メバロン酸経路の解明を中心とする放線菌の生産するテルペン化合物の生合成研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10460047
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 瀬戸 治男 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (10013335)
• 研究分担者: 降旗 一夫 東京大学, 農学部, 助手 (20219091) ; 降旗 圭子 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教務職員 ; 葛山 智久 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助手 (30280952) ; 新家 一男 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助手 (20251481) ; 早川 洋一 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教授 (20208606)
• キーワード: メバロン酸経路 / 非メバロン酸経路 / 1-deoxyxylulose / ノボビオシン / HMG CoA reductase / 2-C-methylerythritol / BE-40644 / 1-deoxyxylulose 5-phosphate reductoisomerase

研究概要

本年度の成果は以下の通りである。
1. Streptomyces niveusの生産するノボビオシンが非メバロン酸経路でのみ生合成されることを標識実験により明らかにした。
2. Actinoplanes sp.の生産するBE-40644のテルペン部分は、メバロン酸経路で生合成されるが、菌体成分のメナキノンは非メバロン酸経路で生合成された。このことは本菌においては生育の初期にはメバロン酸経路が、後半においてはメバロン酸経路が主経路となってイソペンテニルジリン酸(IPP)が生合成されることを示している。
3. Streptomyces aeriouviferからHMG CoA reductaseを精製した。これは原核生物からのHMG CoA reductaseの初めての精製例である。ついで遺伝子をクローニングし、これを使ってプローブを作製し、Southernhybridizationによって放線菌におけるメバロン酸経路の分布を調べた。その結果放線菌におけるメバロン酸経路の分布は非常に限られたものであることが判明した。
4. 大腸菌を使い、非メバロン酸経路の鍵酵素である1-deoxyxylulose 5-phosphate reductoisomeraseの精製に成功した。まず、2-C-methylerythritolの要求変異株を作製し、それを相補する遺伝子をショットガンクローニングによって単離した。この遺伝子は機能未知の遺伝子として報告されていたyaeMであることが判明した。ついでこの遺伝子を過剰発現させ、得られたタンパクがNADPHとMn^<++>の存在下1-deoxyxylulose 5-phosphateを2-C-methylerythritolに変換することを見いだし、このタンパクを1-deoxyxylulose 5-phoshatereductoisomeraseと命名した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kuzuyama, S.Takahashi, H.Watanabe, H.Seto: "Direct formation of 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate from 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate by 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase, a new enzyme in the non-mevalonate pathway to isopentenyl diphosphate." Tetrahedron Lett.39. 4509-4512 (1998)
• [文献書誌] N.Orihara, T.Kuzuyama, S.Taka-hashi, K.Furihata and H.Seto: "Studies on the biosynthesis of terpenoid compounds produced by actinomycetes 3. Biosynthesis of the isoprenoid side chain of novobiocin via the non-mevalonate pathway in Streptomuces niveus." J.Antibiotics. 51. 676-678 (1998)
• [文献書誌] S.Takahashi, T.Kuzuyama, H.Watanabe and H.Seto: "A novel 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase catalyzing the formation of 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate in an alternative non-mevalonate pathway for terpenoid biosynthesis." Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 95. 9879-9884 (1998)
• [文献書誌] T.Kuzuyama, T.Shimizu, S.Takahashi and H.Seto: "Fosmidomycin, a specific inhibitor of 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase in the nonmevalonate pathway for terpenoid biosynthesis." Tetrahedron Lett.39. 7913-7916 (1998)
• [文献書誌] H.Seto, N.Orihara and K.Furihata: "Studies on the biosynthesis of terpenoids produced by Actinomycetes. Part 4. Formation of BE-40644 by the mevalonate and nonmevalonate pathways." Tetrahedron Lett.39. 9497-9500 (1998)
• [文献書誌] S.Takahashi, T.Kuzuyama, and H.Seto: "Purification, characterization, and cloning of a eubacterial 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, a key enzyme involved in the biosynthesis of terpenoids." J.Bacteriol.in press (1999)