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2017 年度 実績報告書

放線菌ゲノム情報に基づいた二次代謝生合成・誘導制御・形態分化の分子基盤の統合深化

研究課題

研究課題/領域番号 16H04917
研究機関広島大学

研究代表者

荒川 賢治  広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (80346527)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード二次代謝産物 / 放線菌 / 形態分化 / 制御カスケード / アゾキシアルケン / ポリケチド
研究実績の概要

放線菌における二次代謝生合成、形態分化、シグナル分子制御の統合深化を目指し、平成29年度は以下の3課題を遂行した。
(1) 特異生合成マシナリーの機能解析【二次代謝生合成】:Streptomyces rochei遺伝子破壊株解析を通じて見出したアゾキシアルケン化合物KA57-A、ポリケチド化合物ペンタマイシン、シトレオジオールの生合成マシナリーに注目した。KA57-A生合成に関し、ヘキシルアミン以外の鎖長のアミンを添加してprecursor-directed 生合成に賦したところ、C6以外の鎖長を有するアゾキシアルケンは取得できなかった。このことより、本生合成における厳密な鎖長認識が示唆された。
(2) シグナル分子制御シグナルカスケードの網羅的解析【シグナル分子制御】:TetR型リプレッサー遺伝子srrBの変異によりLCは11倍、LMは4倍の生産量増大が認められたが、経時変化を調べたところ、親株と比較して培養後期での抗生物質生産が引き続き顕著に認められた。srrA, srrB, srrYの発現を調べたところ、転写活性化因子遺伝子srrYの発現がsrrB変異株においては培養後期も引き続いて認められた。このことより、srrB変異株による抗生物質生産向上は、後期発現されるsrrBによる、srrYの一過的発現抑制が失われたためとわかった。
(3) ゲノム比較による形態分化関連遺伝子の抽出と同定【形態分化】:YN-P7, YN-P145株における染色体の欠失領域特定のため、PacBio RS-II次世代シークエンサー解析を行った。両株の欠失領域はYN-P7株において左末端75.5 kb, 右末端912.5 kbであり、YN-P145株においては左末端602.9 kb, 右末端933.8 kbであった。両株の欠失サイズは0.98 Mb, 1.51 Mbであることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1)において、KA57-A生合成に必要不可欠なクラスターの特定に成功した。また我々は、KA57-Aと同様にヘキセニルアミン側鎖を有するマニワマイシン生合成遺伝子クラスターの次世代シークエンス解析も行い、バラニマイシン、KA57-Aとの共通ORFを抽出できた。今後は共通因子に絞り込んで網羅的遺伝子破壊実験を行う。
また、28員環ポリエン化合物ペンタマイシンの生合成クラスターは染色体上にあることが示唆され、3つ存在するP450水酸化酵素の遺伝子破壊実験により確認した。さらにC10の直鎖ポリケチド化合物シトレオジオールの生合成遺伝子について、C-メチル基転移酵素を指標に探索し、該当クラスターを3つにまで絞り込んだ。
(2)において、リプレッサーsrrB変異により生じた代謝プロファイル変化について、遺伝子発現と代謝の経時変化を指標に解析したところ、LC,LMの活性化因子srrYの後期発現がSrrBによって抑制されていることが分かった。すなわち、srrB変異株は、培養後期でもsrrY転写が続いているため、抗生物質生産が上昇していることが示唆された。
(3)において、次世代シークエンスにより欠失領域の推定に成功した。しかし、ロングリードに長けているPacBioシークエンス解析においてさえも、両端が融合した塩基配列のデータ取得には至らなかった。当該領域にトランスポゾンなどきわめて高度な重複配列の存在が考えられた。また、2-39株においてのみ欠失した遺伝子領域が特定できたため、本領域に未解明形態分化関連遺伝子の存在が示唆された。136ORFのうち、ほとんどが機能未知遺伝子であったが、6つの制御遺伝子にまず注目することにした。該当ORFのクローニングに着手している。

今後の研究の推進方策

【二次代謝生合成】アゾキシアルケン化合物の特異なアゾキシ結合形成メカニズムについて、今後は共通因子に絞り込んで網羅的遺伝子破壊実験を行う。さらに、in silico比較解析と酵素変換実験なども組み合わせ、アゾキシ結合形成メカニズムの先駆的解明を目指す。さらに本菌の休眠二次代謝産物と考えられている特異生合成マシナリー(C-P化合物、擬オリゴ糖など)の遺伝子発現活性化と代謝産物取得も目指す。
【シグナル分子制御】リプレッサー変異により抗生物質生産の向上が見出せ、現在までに制御遺伝子改変による代謝増強・休眠二次代謝の覚醒戦略を立案できた。今後は生合成クラスターの発現標的の特定なども行い、制御カスケードの全貌解明を目指す。
【形態分化】各染色体環状化株における表現型と遺伝子欠失領域の関係を明らかにすべく、まず、コスミドの取得やPCR walkingによる融合配列の取得を目指す。次いで、欠失領域の遺伝子相補実験を行う。具体的には、欠失領域に含まれる136ORFのうち、6つの制御遺伝子に着目し、これらをクローニングして2-39株に形質転換し、胞子形成の回復の有無を調べる。

  • 研究成果

    (46件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 11件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Alberta(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      University of Alberta
  • [国際共同研究] Heliopolis University(エジプト)

    • 国名
      エジプト
    • 外国機関名
      Heliopolis University
  • [国際共同研究] Weizmann Institute of Science(イスラエル)

    • 国名
      イスラエル
    • 外国機関名
      Weizmann Institute of Science
  • [国際共同研究] Oregon State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Oregon State University
  • [国際共同研究] Srinakharinwirot University(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      Srinakharinwirot University
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] Quinoprotein dehydrogenase functions at the final oxidation step of lankacidin biosynthesis in Streptomyces rochei 7434AN42018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, Yosi Nindita, Keisuke Hara, Asako Umeshiro, Yu Yabuuchi, Toshihiro Suzuki, Haruyasu Kinashi, Kenji Arakawa
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 126 ページ: 145-152

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2018.03.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Manipulation of metabolic pathway controlled by signaling molecules, inducers of antibiotic production, for genome mining in Streptomyces spp.2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji Arakawa
    • 雑誌名

      Antonie van Leeuwenhoek

      巻: 111 ページ: 743-751

    • DOI

      10.1007/s10482-018-1052-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular characterization of aspartylglucosaminidase, a lysosomal hydrolase upregulated during strobilation in the moon jellyfish, Aurelia aurita2017

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Tsujita, Hiroyuki Kuwahara, Hiroki Koyama, Noriyuki Yanaka, Kenji Arakawa, Hisato Kuniyoshi
    • 雑誌名

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      巻: 81 ページ: 938-950

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1285686

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A flavanone derivative from the Asian medicinal herb (Perilla frutescens) potently suppresses IgE-mediated immediate hypersensitivity reactions2017

    • 著者名/発表者名
      Rikiya Kamei, Takashi Fujimura, Miki Matsuda, Kotaro Kakihara, Noriko Hirakawa, Kenji Baba, Kazuhisa Ono, Kenji Arakawa, Seiji Kawamoto
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      巻: 483 ページ: 674-679

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2016.12.083

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二次代謝生合成・制御系の合目的改変により取得したアゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成及び生物活性2017

    • 著者名/発表者名
      國武 博文, 岸本 拓也, 達川 綾香, 木梨 陽康, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • 雑誌名

      第59回天然有機化合物討論会講演要旨集

      巻: 59 ページ: 657-662

  • [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiのシグナル分子生合成におけるP450モノオキシゲナーゼの基質認識多様性の解析2018

    • 著者名/発表者名
      手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] Maniwamycinの生合成遺伝子クラスターの解析および生物活性2018

    • 著者名/発表者名
      達川 綾香,岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] 抗生物質生産を誘導するSRBブテノライド型シグナル分子の分子多様性解析2018

    • 著者名/発表者名
      住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiにおけるキノン補酵素のと構造および生合成の解析2018

    • 著者名/発表者名
      原 圭佑,梅代 亜紗子,荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝制御系の解析と物質生産への応用2018

    • 著者名/発表者名
      見崎 裕也,岩國 美由季,高橋 譲,鈴木 敏弘,木梨 陽康,荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] ミズクラゲのストロビレーションに伴って発現変動する新規分泌タンパク質遺伝子ファミリーの解析2018

    • 著者名/発表者名
      辻田 菜摘, 小山 寛喜, 渡部 彰大, 荒川 賢治, 国吉 久人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] ミズクラゲに対するストロビレーション阻害物質の活性の解析2018

    • 著者名/発表者名
      藤井 夏鈴, 黒田 理絵, 辻田 菜摘, 小山 寛喜, 荒川 賢治, 国吉 久人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] Genome mining, biosynthesis, and biological activity of azoxyalkene compound in Streptomyces rochei2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      Department of Pharmaceutical Sciences Seminars
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成解析2018

    • 著者名/発表者名
      手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会(例会)
  • [学会発表] アゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成解析2018

    • 著者名/発表者名
      岸本 拓也, 國武 博文, Yosi Nindita, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会(例会)
  • [学会発表] Streptomyces rochei変異株が高蓄積するポリケチド化合物の生合成解析2018

    • 著者名/発表者名
      山手 直貴, 片岡 憂祐, Yosi Nindita, 木梨 陽康, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本農芸化学会・中四国支部第50回講演会(例会)
  • [学会発表] 刺胞動物ミズクラゲの変態とリソソーム加水分解酵素群の関連2017

    • 著者名/発表者名
      辻田 菜摘, 小山 寛喜, 辻 敏之, 矢中 規之, 荒川 賢治, 国吉 久人
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会 合同大会
  • [学会発表] Biochemistry and biotechnology of Actinobacteria2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      平成29年度日本・アジア青少年サイエンス交流事業(さくらサイエンスプラン)
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure, activity and biosynthetic investigation of butenolide-type signaling molecules SRBs that induce antibiotic production in Streptomyces rochei2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji ARAKAWA
    • 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] 発酵学と抗生物質生産2017

    • 著者名/発表者名
      荒川 賢治
    • 学会等名
      NHK文化センター講座「これまでの発酵学、これからの発酵学」
    • 招待講演
  • [学会発表] 二次代謝生合成・制御系の合目的改変により取得したアゾキシアルケン化合物KA57-Aの生合成及び生物活性2017

    • 著者名/発表者名
      國武 博文, 岸本 拓也, 達川 綾香, 木梨 陽康, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • 学会等名
      第59回天然有機化合物討論会
  • [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiの二次代謝を誘導するシグナル分子SRBの生合成に関わるP450モノオキシゲナーゼSrrOの生理学的・生化学的解析2017

    • 著者名/発表者名
      手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 荒川 賢治
    • 学会等名
      日本生物工学会第69回大会
  • [学会発表] Plasmid-assisted random genome deletion in Streptomyces rochei affects secondary metabolites production2017

    • 著者名/発表者名
      Yosi Nindita, Amirudin Akhmad Fauzi, Yiwen Zhang, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
    • 学会等名
      日本生物工学会第69回大会
  • [学会発表] Streptomyces rochei のシグナル分子生合成におけるP450モノオキシゲナーゼ遺伝子の機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      手島 愛子, 波多江 希, 津田 直人, 荒川 賢治
    • 学会等名
      第32回日本放線菌学会大会
  • [学会発表] Plasmid loss in Streptomyces rochei 7434AN4 induces silent secondary metabolite production2017

    • 著者名/発表者名
      Yosi Nindita, Kuninobu Inada, Amirudin Akhmad Fauzi, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
    • 学会等名
      第32回日本放線菌学会大会
  • [学会発表] 特異生合成マシナリーの解明を目指したアゾキシアルケン化合物の構造および生合成遺伝子解析2017

    • 著者名/発表者名
      達川 綾香,岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • 学会等名
      第32回日本放線菌学会大会
  • [学会発表] 抗生物質生産を誘導するブテノライド型シグナル分子の分子多様性解析2017

    • 著者名/発表者名
      住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
    • 学会等名
      第32回日本放線菌学会大会
  • [学会発表] リンの酸化還元状態の変換に関与する微生物の分布と解析2017

    • 著者名/発表者名
      廣田 隆一, 池田 丈, 荒川 賢治, 黒田 章夫
    • 学会等名
      環境微生物系学会合同大会2017
  • [学会発表] 抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導する放線菌シグナル分子の分子基盤解析2017

    • 著者名/発表者名
      手島 愛子, 波多江 希, 荒川 賢治
    • 学会等名
      2017年度生物工学若手研究者の集い(若手会)夏のセミナー
  • [学会発表] Genome mining and biosynthetic investigation of azoxyalkene compound produced by a multiple gene disruptant of Streptomyces rochei2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      9th US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products, Enzymology, Structural Biology, and Drug Discovery
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Manipulation of regulatory pathway controlled by signaling molecules SRBs, inducer of antibiotic production in Streptomyces rochei, for genome mining2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The tap-tpg gene pair from the linear plasmids of Streptomyces rochei 7434AN4 maintains the linearity of its chromosome2017

    • 著者名/発表者名
      Yosi NINDITA, Zhisheng CAO, Yingjie YANG, Yuh SHIWA, Hirofumi YOSHIKAWA, Michihira TAGAMI, Alexander LEZHAVA, Haruyasu KINASHI, Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
    • 国際学会
  • [学会発表] A P450 monooxygenase SrrO is involved in signaling molecyle SRB biosynthesis in Streptomyces rochei2017

    • 著者名/発表者名
      Aiko TESHIMA, Nozomi HADAE, Naoto TSUDA, Haruyasu KINASHI, and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      18th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide genome deletions in Streptomyces rochei led to the production of silent secondary metabolites2017

    • 著者名/発表者名
      Yosi NINDITA and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      A3 Foresight 2017 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Altering the phenotypes on secondary metabolites and morphological differentiation in plasmidless mutants of Streptomyces rochei2017

    • 著者名/発表者名
      Amirudin Akhmad FAUZI, Yosi NINDITA, and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      A3 Foresight 2017 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Overview of Biosynthetic Pathway of SRB Molecules that Induce Antibiotic Production in Streptomyces rochei2017

    • 著者名/発表者名
      Aiko TESHIMA and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      A3 Foresight 2017 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural diversity of butenolide-type signaling molecules in Streptomyces species2017

    • 著者名/発表者名
      Miho SUMIYOSHI, Aiko TESHIMA, and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      A3 Foresight 2017 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Biosynthetic investigation of azoxyalkene compounds2017

    • 著者名/発表者名
      Ayaka TATSUKAWA, Takuya KISHIMOTO, Hirofumi KUNITAKE, Atsushi FUKUMOTO Yojiro ANZAI, and Kenji ARAKAWA
    • 学会等名
      A3 Foresight 2017 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 抗生物質生産をナノモルオーダーで誘導する放線菌シグナル分子の単離・構造決定・生合成2017

    • 著者名/発表者名
      荒川 賢治
    • 学会等名
      東京大学薬学部天然物化学教室・第96回セミナー
    • 招待講演
  • [備考] 細胞機能化学研究室・荒川グループのホームページ

    • URL

      http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/Arakawa/intro-J.html

URL: 

公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-20  

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