昨年度に続き、ジテルペン系抗生物質Terpentecin(Tp)生産菌Streptomyces griseolosporeusを用いて、放線菌に於けるテルペメイド化合物の生合成研究を行った。本菌株は、テルペノイド化合物の共通出発物質であるisopenteny1 diphosphate(IPP)の生合成経路として、従来から知られていたメバロン酸経路に加え、近年微生物や植物の色素体に於いてその存在が明らかになった非メバロン酸経路の両経路を併せ持っている。そこで、何故本菌株が2つの経路を有するのか?それらの生理学的意義は何か?を明らかにするため、本菌株から、3-hydroxy-3-methylgrutary1 CoA synthaseからmevalonate diphosphate decarboxylaseに至るメバロン酸経路の全遺伝子群、非メバロン酸経路の初発の反応を触媒する1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate(Dxp)synthase遺伝子を2つ、2番目の反応を触媒するDxp reductoisomerase(Dxr)遺伝子、TPの直接前駆体となるgeranylgeranyl diphosphate(GGDP)の生合成遺伝子、およびTPの生合成遺伝子群を取得した。これらの遺伝子群を用いて種々の解析を行った結果、(i)メバロン酸経路遺伝子群、GGDP生合成遺伝子、TPの生合成遺伝子群が染色体上でクラスターを成しており、これらがTP生産時に連動して発現していること、(ii)非メバロン酸経路は生育初期から後期まで定常的に発現しているが、非メバロン酸経路のみでは、TP生合成に必要な十分量のIPPを供給できず、不足分をメバロン酸経路により補っていること、(iii)2つのDxp synthaseは、何れも菌体内で発現していること、(iv)TPの生合成遺伝子クラスター内に、植物のジテルペンサイクラーゼのN末端半分と弱い相同性を有するサイクラーゼ1(cyc1)と、放線菌由来のセスキテルペンサイクラーゼであるpentalenene synthaseと弱い相同性を有するサイクラーゼ2(cyc2)が存在することを明らかにした。両酵素を大腸菌で発現させることに成功し、cyc1がGGDPを2リン酸中間体へと変換し、次いでcyc2が中間体をTPの基本骨格を有するTerpentetrieneへと変換することを明らかにした。なお、これらの酵素は、原核生物起源としては、始めてのジテルペンサイクラーゼである。さらに興味深いことに、cyc2は、上記反応に加え、単独でGGDPを環化し、シャントプロダクトを生成する反応も触媒することが判明した。
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