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

2019 年度 実績報告書

• 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, 統合生命科学研究科(先), 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 / 生合成 / 放線菌 / 形態分化 / シグナル分子制御系 / pseudo-receptor

研究実績の概要

(1)ポリケチド合成酵素の機能同定とハイブリッド抗生物質の創製【二次代謝生合成】
各種遺伝子変異株から取得した、抗カビ性ポリエン化合物ペンタマイシン (PM) およびポリケチド化合物citreodiols、アゾキシアルケン化合物KA57-Aの二次代謝生合成遺伝子がS. rocheiの線状染色体にコードされていることを次世代シークエンス解析により明らかにした (Nindita et al., Scientific Reports 2019)。また、二次代謝生合成におけるP450酵素の汎用性解析にも着手し、ランカマイシンやPM生合成遺伝子クラスターに含まれるP450の変異解析や推定基質のin vitro変換反応に賦し、生合成への関与を明らかにするとともに多様性解析も行った。
(2)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】
ブラスミ度変異株における形態分化制御因子の同定を目指し、代謝産物解析を行ったところ、胞子形成欠損株において蓄積する化合物を見いだした。構造決定をしたところ、アントラニル酸であった。
(3)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】
S. rochei二次代謝制御カスケードにおけるpseudo-receptor遺伝子srrBの機能解析を行ったところ、srrBの転写はシグナル分子リセプターSrrAにより制御され、その後SrrBは培養後期に主要アクティベーターsrrYの転写を抑制した。これにより、時期特異的発現による巧妙な転写活性化調節機構の存在が示唆された(Misaki et al., Frontiers in Microbiol. 2020)。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Heliopolis University/Zagazig University(エジプト)
  • 国名: エジプト
  • 外国機関名: Heliopolis University/Zagazig University
• [国際共同研究] Makassar State University/University of Jember(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: Makassar State University/University of Jember
• [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
• [雑誌論文] SrrB, a pseudo-receptor protein, acts as a negative regulator for lankacidin and lankamycin production in Streptomyces rochei (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuya Misaki, Shouji Yamamoto, Toshihiro Suzuki, Miyuki Iwakuni, Hiroaki Sasaki, Yuzuru Takahashi, Kuninobu Inada, Haruyasu Kinashi, and Kenji Arakawa
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.01089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationship between dispersion-forming capability of poly(4-vinylaniline) colloids and antimicrobial activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yamamoto, Ryo Furuta, Kenji Arakawa, Aiko Teshima
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 巻: 596 ページ: 124736
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.124736
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生理活性天然物を創出する放線菌遺伝資源の利活用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 稲田 晋宣, 荒川 賢治
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 4 ページ: 216-219
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゲノム情報を利活用した休眠二次代謝の活性化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 見崎 裕也, 荒川 賢治
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 98 ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the morphology and size of polystyrene synthesized through soap-free emulsion polymerization on antimicrobial activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yamamoto, Kenji Arakawa, Ryo Furuta, Aiko Teshima
  • 雑誌名: Materials Today Communications 巻: 20 ページ: 100572
  • DOI: 10.1016/j.mtcomm.2019.100572
  • 査読あり
• [雑誌論文] The genome sequence of Streptomyces rochei 7434AN4, which carries a linear chromosome and three characteristic linear plasmids (2019)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, Zhisheng Cao, Amirudin Akhmad Fauzi, Aiko Teshima, Yuya Misaki, Rukman Muslimin, Yingjie Yang, Yuh Shiwa, Hirofumi Yoshikawa, Michihira Tagami, Alexander Lezhava, Jun Ishikawa, Makoto Kuroda, Tsuyoshi Sekizuka, Kuninobu Inada, Haruyasu Kinashi, Kenji Arakawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 10973
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47406-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computational prediction of the mode of binding of antitumor lankacidin C to tubulin (2019)
  • 著者名/発表者名: Ahmed Taha Ayoub, Mohamed Ali Elrefaiy, Kenji Arakawa
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 ページ: 4461-4471
  • DOI: 10.1021/acsomega.8b03470
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of PVA/polymer colloid nanocomposite hydrogel using PS-PNVA particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoya Toyoda, Tetsuya Yamamoto, Kenji Arakawa, Aiko Teshima
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 48 ページ: 378-381
  • DOI: 10.1246/cl.181042
  • 査読あり
• [雑誌論文] 制御因子およびシグナル分子に注目した放線菌二次代謝生合成の合理的活性化戦略 (2019)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 見崎 裕也, 荒川 賢治
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 3 ページ: 391-394
  • 査読あり
• [雑誌論文] 土壌放線菌で初めて見いだされたキノン補酵素要求性デヒドロゲナーゼの機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 敏弘, 原 圭佑, 荒川 賢治
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 3 ページ: 984-987
  • 査読あり
• [学会発表] ブテノライド型シグナル分子SRBの生合成遺伝子破壊株における代謝産物解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 西浦 凜貴斗, 丸山 千登勢, 濱野 吉十, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会（福岡）
• [学会発表] アゾキシ化合物の生合成機構および生物活性に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中 悠, 達川 綾香, 藤田 昂大, 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2020年度大会（福岡）
• [学会発表] 抗ガン活性向上を目指したランカサイジン誘導体の構造リデザインと計算機による最適化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西浦 菜摘, Rukman Muslimin, Mohamed Ali Elrefaiy, 森田 洋行, Ahmed T. Ayoub, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会（福岡）
• [学会発表] シグナル分子シュードレセプターにおける物質生産性プロファイルの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 見崎 裕也, 山本 章治, 鈴木 敏弘, 岩國 美由季, 高橋 譲, 稲田 晋宣, 木梨 陽康, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会（福岡）
• [学会発表] Streptomyces rochei 7434AN4株の線状ゲノムの全塩基配列決定とその解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yosi Nindita, 稲田 晋宣, 曹 志生, Amirudin Akhmad Fauzi, 手島 愛子, 見崎 裕也, Rukman Muslimin, 楊 英杰, 志波 優, 吉川 博文, 田上 道平 Alexander Lezhava, 石川淳, 黒田 誠, 関塚 剛史, 木梨 陽康, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会（福岡）
• [学会発表] 変態阻害物質を用いたミズクラゲのストロビレーションの組織化学的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井 夏鈴, 荒川 賢治, 国吉 久人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会（福岡）
• [学会発表] Microbial natural products discovery through various genome mining approaches (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: Kuliah Perdana (Primary Lecture) (University of Jember, Jember, Indonesia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Concept of natural products discovery and utilization isolated from Sulawesi Island for creating the ecosystem diversity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: Guest Lecture (Makassar State University, Makassar, Indonesia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 合理的代謝経路改変に基づく微生物二次代謝産物の創成および機能分子リデザイン (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 生合成リデザイン・第7回公開シンポジウム
• [学会発表] Natural products discovery through microbial genome mining approaches and extensive analysis of their biosynthetic machineries and biological activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 2nd Egyptian-Japanese Joint Symposium (Heliopolis University, Cairo, Egypt)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Overview of biosynthetic pathway of signal molecules that induce antibiotic production in Streptomyces rochei (2019)
  • 著者名/発表者名: Aiko TESHIMA and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 2nd Egyptian-Japanese Joint Symposium (Heliopolis University, Cairo, Egypt)
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical and chemoenzymatic syntheses of lankacidin derivatives to improve antitumor activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Natsumi NISHIURA, Rukman MUSLIMIN, and Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: 2nd Egyptian-Japanese Joint Symposium (Heliopolis University, Cairo, Egypt)
  • 国際学会
• [学会発表] 放線菌シグナル分子二次代謝制御系の多様性・普遍性・汎用性の統合理解および悉皆的ゲノムマイニングへの展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会・西日本・中四国支部合同大会（第55回講演会）
  • 招待講演
• [学会発表] 転写抑制遺伝子の合理的改変によるStreptomyces属放線菌二次代謝の活性化 (2019)
  • 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・西日本・中四国支部合同大会（第55回講演会）
• [学会発表] アゾキシ化合物の生合成機構、構造多様化および生物活性に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中 悠, 達川 綾香, 藤田 昂大, 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・西日本・中四国支部合同大会（第55回講演会）
• [学会発表] 計算機シミュレーションに基づいたランカサイジン誘導体の高機能化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西浦 菜摘, Rukman Muslimin, Ahmed T. Ayoub, Mohamed Ali Elrefaiy, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本農芸化学会・西日本・中四国支部合同大会（第55回講演会）
• [学会発表] Streptomyces rocheiのシグナル分子SRBの生合成遺伝子破壊株における代謝産物解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 西浦 凜貴斗, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第34回日本放線菌学会大会
• [学会発表] ブテノライド型シグナル伝達分子を用いた実用的ゲノムマイニング (2019)
  • 著者名/発表者名: 江口 雄聡, 住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第34回日本放線菌学会大会
• [学会発表] Streptomyces rocheiにおけるプラスミド欠失株の二次代謝プロファイル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤田 昂大, 西浦 凜貴斗, Amirudin Akhmad Fauzi, Yosi Nindita, 荒川 賢治
  • 学会等名: 第34回日本放線菌学会大会
• [学会発表] 制御因子・低分子シグナル分子による放線菌二次代謝の合理的人為制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第71回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 放線菌Streptomyces rocheiのポリケチド抗生物質LMの生合成に関与するP450水酸化酵素の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 手島 愛子, 近藤 寿志, 殿川 亜未, 小中 勇二, 板倉 康浩, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第71回大会
• [学会発表] Streptomyces属放線菌における二次代謝制御因子改変による物質生産性プロファイルの解析 (2019)
  • 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: 日本生物工学会第71回大会
• [学会発表] 含窒素生理活性化合物maniwamycinの生合成経路の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤田 昂大, 達川 綾香, 岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第71回大会
• [学会発表] ブテノライド型シグナル分子の構造多様性およびゲノムマイニングへの応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 江口 雄聡, 住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
  • 学会等名: 日本生物工学会第71回大会
• [学会発表] 放線菌Streptoalloteichus hindustanusが生産する新規カチオン性ホモポリアミノ酸の構造決定及びその抗菌活性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福本 響, 戸口 梨那, 荒川 賢治, 濱野 吉十, 老川 典夫, 山中 一也
  • 学会等名: 日本生物工学会第71回大会
• [学会発表] 休眠二次代謝の覚醒を指向したStreptomyces属放線菌二次代謝制御系の解析 (2019)
  • 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: 第3回生合成リデザイン若手シンポジウム
• [学会発表] Overview of biosynthetic machinery, structural redesign, regulatory network, and genome mining in Actinomycetes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metabolite analysis of biosynthetic gene mutants of the signaling molecule SRB in Streptomyces rochei (2019)
  • 著者名/発表者名: Aiko Teshima, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] A practical genome mining using butenolide-type signaling molecules in Streptomyces species (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuto Eguchi, Miho Sumiyoshi, Aiko Teshima, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of metabolic production through rational modification of signaling-molecule regulatory genes coded on the Streptomyces rochei chromosome (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuya Misaki, Miyuki Iwakuni, Toshihiro Suzuki, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive metabolome analysis to explore the biologically active metabolites based on genome sequences (2019)
  • 著者名/発表者名: Rikito Nishiura, Amirudin Akhmad Fauzi, Yosi Nindita, Junko Hashimoto, Kazuo Shin-ya, Haruo Ikeda, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] Biosynthetic investigation of unique carbocyclic polyketides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hazuki Ogata, Yuji Yukiyoshi, Yuki Inahashi, Yoko Takahashi, Satoshi Omura, Tomohisa Kuzuyama, Chin Piow Wong, Hiroyuki Morita, Takuji Nakashima, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of the biosynthetic machinery of azoxyalkene compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: Kota Fujita, Ayaka Tatsukawa, Takuya Kishimoto, Atsushi Fukumoto, Yojiro Anzai, and Kenji Arakawa
  • 学会等名: The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • 国際学会
• [学会発表] Natural products discovery through microbial genome mining approaches and extensive analysis of their biosynthetic machineries and biological activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenji ARAKAWA
  • 学会等名: The Sixth Biology National Seminar (Menara Phinisi UNM, Universitas Negeri Makassar, Indonesia)
  • 国際学会 / 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