複雑骨格天然物の生合成マシナリーの解明と物質生産

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H01836
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 阿部 郁朗 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (40305496)
• 研究分担者: 淡川 孝義 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (80609834) ; 中村 仁美 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (90800657)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 生合成 / 遺伝子 / 酵素 / 反応機構 / 物質生産

研究実績の概要

複雑骨格天然物の生合成反応機構の解明と物質生産を目的とした。具体的には、最近申請者の研究室でその生合成遺伝子クラスターの取得に成功した、（放線菌が生産する強力なタンパクリン酸化酵素（PKC）活性化作用を示す発癌プロモーターのテレオシジンB、難培養性海綿共生菌が生産する強力なタンパク脱リン酸化酵素阻害剤であるカリクリンＡ、および、その他の複雑骨格天然物をとりあげ、その生合成マシナリーの解明と物質生産系の構築をめざした。生合成の鍵となる段階を触媒する酵素については、X線結晶構造解析により、酵素反応の立体構造基盤を明らかにするとともに、結晶構造に基づく酵素触媒機能の拡張と最適化を達成した。また、これら遺伝子を異種発現系に再構成することにより、構造多様性の拡大と物質生産系の構築を実現した。
２９年度が最終年度、これまでの研究成果のとりまとめ、論文発表を行った。昨年に引き続き、テレオシジンについては、非リボソーム型ペプチド合成酵素 TleAとP450酸化酵素TleBの構造機能解析を行った。L-tryptophanとL-valineから、９員環インドラクタムを構築する非リボソーム型ペプチド合成酵素TleAと、ペプチド鎖の酸化的環化を触媒する新奇なP450酸化酵素TleBについても同様に、大腸菌に異種発現した組み替え精製酵素を用いて、in vitro精密機能解析とX線結晶構造解析を試み、後者については高分解能で構造解析に成功した。
これ以外にも、メロテルペノイドやセスタテルペン、インドールアルカロイドなど、各種複雑骨格天然物の生合成マシナリーの詳細や酵素反応機構の立体構造基盤の解明にも成功、研究成果を印刷公表した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ジナン大学/上海有機化学研究所/武漢大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: ジナン大学/上海有機化学研究所/武漢大学
• [国際共同研究] ピッツバーグ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ピッツバーグ大学
• [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ボン大学
• [雑誌論文] Molecular insights into the Mg2+-dependent allosteric control of indole prenylation by aromatic prenyltransferase AmbP1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe Ikuro、Awakawa Takayoshi、Mori Takahiro、Nakashima Yu、Zhai Rui、Wong Chin Piow、Hillwig Matthew、Liu Xinyu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/anie.201800855
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biosynthetic pathway for furanosteroid demethoxyviridin and identification of an unusual pregnane side-chain cleavage” (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.Wang, G.-Q., Chen, G.-D., Qin, S.-Y., Hu, D., Awakawa, T., Li, S.-Y., Lv, J.-M., Wang, C.-X., Yao, X.-S., Abe, I., Gao, H.
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 9 ページ: in press
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04298-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure function and engineering of multifunctional non-heme iron dependent oxygenases in fungal meroterpenoid biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Yu、Mori Takahiro、Nakamura Hitomi、Awakawa Takayoshi、Hoshino Shotaro、Senda Miki、Senda Toshiya、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 104
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02371-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unique chemistry of non-heme iron enzymes in fungal biosynthetic pathways (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Hitomi、Matsuda Yudai、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nat Prod Rep 巻: 35 ページ: in press
  • DOI: 10.1039/C7NP00055C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chimeric Terpene Synthases Possessing both Terpene Cyclization and Prenyltransfer Activities (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/cbic.201800120
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Tryptophan Prenyltransferase with Broad Substrate Tolerance from Bacillus subtilis subsp. natto (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe Ikuro、Sugita Tomotoshi、Okada Masahiro、Nakashima Yu、Tian Tian
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/cbic.201800174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Distinct Substrate Binding Modes for the Normal and Reverse Prenylation of Hapalindoles by the Prenyltransferase AmbP3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Wong Chin Piow、Awakawa Takayoshi、Nakashima Yu、Mori Takahiro、Zhu Qin、Liu Xinyu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 ページ: 560～563
  • DOI: 10.1002/anie.201710682
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular basis for the unusual ring reconstruction in fungal meroterpenoid biogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori Takahiro、Iwabuchi Taiki、Hoshino Shotaro、Wang Hang、Matsuda Yudai、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 13 ページ: 1066～1073
  • DOI: 10.1038/nchembio.2443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthesis of helvolic acid and identification of an unusual C-4-demethylation process distinct from sterol biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Lv Jian-Ming、Hu Dan、Gao Hao、Kushiro Tetsuo、Awakawa Takayoshi、Chen Guo-Dong、Wang Chuan-Xi、Abe Ikuro、Yao Xin-Sheng
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 1644
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01813-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of Giant Modular PKSs Provides Insight into Genetic Mechanism for Structural Diversification of Aminopolyol Polyketides (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang Lihan、Hashimoto Takuya、Qin Bin、Hashimoto Junko、Kozone Ikuko、Kawahara Teppei、Okada Masahiro、Awakawa Takayoshi、Ito Takuya、Asakawa Yoshinori、Ueki Masashi、Takahashi Shunji、Osada Hiroyuki、Wakimoto Toshiyuki、Ikeda Haruo、Shin-ya Kazuo、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 ページ: 1740～1745
  • DOI: 10.1002/anie.201611371
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Characterization of Two Chimeric Sesterterpene Synthases from Penicillium (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Rinkel Jan、Okada Masahiro、Abe Ikuro、Dickschat Jeroen S.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 23 ページ: 10053～10057
  • DOI: 10.1002/chem.201702766
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mycolic Acid Containing Bacterium Stimulates Tandem Cyclization of Polyene Macrolactam in a Lake Sediment Derived Rare Actinomycete (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Shotaro、Okada Masahiro、Awakawa Takayoshi、Asamizu Shumpei、Onaka Hiroyasu、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 19 ページ: 4992～4995
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b02508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Chimeric αβγ Diterpene Synthases Possessing both Type?II Terpene Cyclase and Prenyltransferase Activities (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Takaaki、Okada Masahiro、Abe Ikuro
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 18 ページ: 2104～2109
  • DOI: 10.1002/cbic.201700445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combinatorial Biosynthesis of (+)-Daurichromenic Acid and Its Halogenated Analogue (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Masahiro、Saito Kai、Wong Chin Piow、Li Chang、Wang Dongmei、Iijima Miu、Taura Futoshi、Kurosaki Fumiya、Awakawa Takayoshi、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 19 ページ: 3183～3186
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b01288
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2-Alkylquinolone alkaloid biosynthesis in the medicinal plantEvodia rutaecarpainvolves collaboration of two novel type III polyketide synthases (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Takashi、Kodama Takeshi、Mori Takahiro、Tadakoshi Tetsuhiro、Noguchi Hiroshi、Abe Ikuro、Morita Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 292 ページ: 9117～9135
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.778977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Pyridinium with Three Indole Moieties as an Antimicrobial Agent (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Masahiro、Sugita Tomotoshi、Wong Chin Piow、Wakimoto Toshiyuki、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 80 ページ: 1205～1209
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.6b01152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Posttranslational isoprenylation of tryptophan in bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Masahiro、Sugita Tomotoshi、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Beilstein Journal of Organic Chemistry 巻: 13 ページ: 338～346
  • DOI: 10.3762/bjoc.13.37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and Characterization of Daurichromenic Acid Synthase Active in Anti-HIV Biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Takahashi Hironobu、Kenmoku Hiromichi、Nakagawa Ryuichi、Kodama Takeshi、Asakawa Yoshinori、Abe Ikuro、Yazaki Kazufumi、Kurosaki Fumiya、Taura Futoshi
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 174 ページ: 2213～2230
  • DOI: https://doi.org/10.1104/pp.17.00586
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3,5-Dimethylorsellinic Acid Derived Meroterpenoids from Penicillium chrysogenum MT-12, an Endophytic Fungus Isolated from Huperzia serrata (2017)
  • 著者名/発表者名: Qi Bowen、Liu Xiao、Mo Ting、Zhu Zhixiang、Li Jun、Wang Juan、Shi Xiaoping、Zeng Kewu、Wang Xiaohui、Tu Pengfei、Abe Ikuro、Shi Shepo
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 80 ページ: 2699～2707
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.7b00438
• [学会発表] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 34th International Conference on Natural Products 2018 (ICNP 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unusual Enzyme Reactions in Fungal Meroterpenoid Biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 8th CMDD Symposium on Marine Natural Products
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unusual Enzyme Reactions in Fungal Meroterpenoid Biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: The Society for Industrial Microbiology (SIMB), “2nd International Conference on Natural Product Discovery and Development in the Genomic Era”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 2018 Synthetic Biotechnology Training Course, Beijing
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 薬用天然物の生合成リデザイン (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部郁朗
  • 学会等名: 理研シンポジウム、高磁場・高感度NMR利活用促進のための天然物分野における日中連携シンポジウム2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 放線菌由来生物活性二次代謝産物の生合成研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部郁朗
  • 学会等名: 公益財団法人日本感染症医薬品協会、メディカルサイエンス・セミナー、住木・梅澤記念賞受賞講演
  • 招待講演
• [学会発表] 複雑骨格薬用天然物の合成生物学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部郁朗
  • 学会等名: JST-ACCEL「革新的分子構造解析」公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Basis for the Unusual Ring Reconstruction in Fungal Meroterpenoid Biogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 3rd Sino-Italian Symposium on Bioactive Natural Products & 1st International Forum for Drug Discovery Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unusual Enzyme Reactions in Fungal Meroterpenoid Biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 1st China-Japan Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 薬用天然物の生合成工学に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部郁朗
  • 学会等名: 日本生薬学会 第64回年会、生薬学会賞受賞講演
  • 招待講演
• [学会発表] Engineered Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: The American Society of Pharmacognosy Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure-guided Engineered Biosynthesis of Fungal Meroterpenoid (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 13th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of Isoprenoids (TERPNET 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enzymes Involved in the Complex Natural Products Biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikuro Abe
  • 学会等名: 9th US-Japan Seminar on Natural Product Biosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東京大学大学院薬学系研究科天然物化学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~tennen/head.htm