ポリケチド合成酵素機能改変と難化学合成反応解明による新規天然化合物創出基盤の構築

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04905
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 高橋 俊二 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, ユニットリーダー (30311608)
• 研究分担者: 奥村 英夫 公益財団法人高輝度光科学研究センター, タンパク質結晶解析推進室, 研究員 (90377903)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: リベロマイシン / ポリケチド合成酵素 / 異種発現 / 放線菌 / 機能ドメイン改変

研究実績の概要

人知を超えた構造と強い生理活性から天然化合物は創薬シード探索源として重要である。近年、微生物のゲノム解読が進展し、様々な二次代謝産物の生合成遺伝子クラスターが見出されているが、これらに含まれるユニークな酵素遺の機能を最大限に活用し創薬シード化合物を生産することがポストゲノム時代の重要課題である。
我々は、骨関連疾患治療薬として注目されているリベロマイシンA (RM-A) 生産菌の全ゲノム解読及びRM-A生合成遺伝子群の解析により、ポリケチド骨格形成の鍵となる遺伝子群及び未知生合成反応を触媒する新奇酵素群を見出した。本研究では、化合物の構造形成に重要なポリケチド合成酵素、及び難化学合成反応を触媒する生合成酵素群の機能解明により、新規天然化合物の創出基盤の構築を目指している。
RM-A生合成遺伝子クラスター全長をBACベクターに導入後に、放線菌を用いた異種発現およびポリケチド合成酵素 (PKS)の改変を検討した。また、RM-A生合成の最終段階は、RM-T1からRM-Aへの3級水酸基のエステル化である。この反応は有機合成では15000気圧が必要な非常に困難な反応である。詳細な反応メカニズムを解明するために、生化学反応により機能同定した3つの酵素を精製し結晶化を検討した。その結果、Ｘ線結晶構造解析に成功した。本研究助成によって、ポリケチド骨格形成から修飾反応に至るRM生合成研究を大きく推進し、新規天然化合物創出に向けた知見を得ることが出来た。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] β-carboline biomediators induce reveromycin production in Streptomyces sp. SN-593. (2019)
  • 著者名/発表者名: Panthee S., Takahashi S., Hayashi T., Shimizu T, Osada H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: 5802
  • DOI: 10.1038/s41598-019-42268-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pentaminomycins A and B, hydroxyarginine-containing cyclic pentapeptides from Streptomyces sp. RK88-1441. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jang J.-P., Hwang G.J., Kwon M.C., Ryoo I.-J., Jang M., Takahashi S., Ko S.K., Osada H., Jang J.H., Ahn J.S.
  • 雑誌名: J. Nat. Prod. 巻: 81 ページ: 806-810
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.7b00882
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Aturanosides A and B, glycosylated anthraquinones with antiangiogenic activity from a soil-derived Streptomyces species. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jang J.-P., Hwang G.J., Jang M., Takahashi S., Ko S.K., Osada H., Jang J.H., Ahn J.S.
  • 雑誌名: J. Nat. Prod. 巻: 81 ページ: 2004-2009
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.8b00307
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Control of the stereochemical course of [4+2] cycloaddition during trans-decalin formation by Fsa2-family enzymes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato N., Nogawa T., Takita R., Kinugasa K., Kanai M., Uchiyama M., Osada H., Takahashi S.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 ページ: 9754-9758
  • DOI: 10.1002/anie.201805050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catenulisporolides, glycosylated triene macrolides from the chemically underexploited actinomycete Catenulispora species. (2018)
  • 著者名/発表者名: Son S., Hong Y.S., Futamura Y., Jang M., Lee J.K., Heo K.T., Ko S.K., Lee J.S., Takahashi S., Osada H., Jang J.H., Ahn J.S.
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 20 ページ: 7234-7238
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03160
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biosynthesis of quinolidomicin, the largest known macrolide of terrestrial origin: Identification and heterologous expression of a biosynthetic gene cluster over 200 kb. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto T., Hashimoto J., Kozone I., Amagai K., Kawahara T., Takahashi S., Ikeda H., Shin-ya K.
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 20 ページ: 7996-7999
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03570
  • 査読あり
• [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるRevKの結晶構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥村英夫、鬼頭奈央子、佐藤裕美、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二
  • 学会等名: 農芸化学会
• [学会発表] リベロマイシン生合成に関わるサクシニル化酵素群の相互作用解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭奈央子、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二
  • 学会等名: 農芸化学会
• [学会発表] Development of a terpenoid-production platform in Streptomyces reveromyceticus SN-593 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunji Takahashi
  • 学会等名: 2nd China-Japan Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis
  • 国際学会
• [学会発表] 鬼頭奈央子、佐藤裕美、奥村英夫、熊坂崇、長田裕之、高橋俊二 (2018)
  • 著者名/発表者名: リベロマイシン生合成に関わるサクシニル化酵素群の機能解析
  • 学会等名: 放線菌学会
• [学会発表] Kinanthraquinone生合成遺伝子クラスターの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高尾 理沙、鬼頭 奈央子、高木 海、野川 俊彦、長田 裕之、高橋 俊二
  • 学会等名: 放線菌学会
• [備考] 天然物生合成研究ユニット
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/npbu/index.html
• [備考] 天然物生合成研究ユニット
  • URL: http://www.npbrt.riken.jp/