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2016 年度 実施状況報告書

インドールジテルペン生合成における構造多様性創出機構の解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 16K16636
研究機関北海道大学

研究代表者

劉 成偉  北海道大学, 理学研究院, 助教 (60773801)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードindole diterpene / shearinine / sespendole
研究実績の概要

本研究課題ではインドールテルペンの基本骨格酵素遺伝子と修飾酵素遺伝子に着目し、麹菌異種発現系を駆使した酵素機能解析と生物合成を検討した。本年度は、Penicillium janthinellumが生産するインドールジテルペンshearinineの生合成における特徴的な修飾酵素遺伝子の機能解析と、Pseudobotrytis terrestrisが生産するインドールセスキテルペンsespendole生合成遺伝子クラスター同定を行った。以下、その概略を示す。

① Shearinine生合成後期に関わる4つの酵素遺伝子(janQDOJ)を段階的に麹菌へ導入し、生合成中間体である13-desoxypaxillineの投与実験を行った。その結果、全ての中間体と最終産物であるshearinine Dを生産することに成功した。インドール環に連結した特徴的な6/5員環詳細な反応機構を調べるために、プレニル基転移酵素であるJanDとフラビン依存型酸化酵素JanOのin vitro解析を行うことで、JanDはジプレニル化を触媒すること及びJanOは酸化的環化反応を触媒することがわかった。以上の結果から、shearinine生合成における特徴的な6/5員環の構築機構を解明した。

② Sespendoleは糸状菌から初めて単離されたインドールセスキテルペンである。マクロファージの泡沫化を阻害することで、脂肪滴の形成を抑制する作用があるため、肥満や動脈硬化症の予防物質として期待されている。sespendoleの酵素合成へ向けて生産菌のドラフトゲノム解析を行い、候補遺伝子を特定した。本クラスターには、インドールジテルペンpaxillineの生合成における3種の骨格構築酵素群(paxCMB)と高い相同性をもつ遺伝子に加え、3種の酸化還元酵素遺伝子が存在していた。

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

当初の計画通り、shearinineの生合成経路の解明に成功し、インドール環に連結した特徴的な6/5員環の構築機構を明らかにできた。これにより、インドールテルペン構造多様性の創出において重要なインドール環での修飾様式に対する新たな知見を得ることができた。また、インドールセスキテルペンであるsespendoleの生合成遺伝子クラスターを特定した。以上のことから、本研究は順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本年度に引き続き、sespendoleの酵素合成へ向け、各酵素遺伝子の機能解析を進める。具体的には、①麹菌異種発現系を利用した生合成経路の特定、②インドール環での修飾反応を触媒する鍵酵素のin vitro解析を行う予定である。また、自然界では起こりえない組み合わせでの分子変換反応(炭素数15の基質に対してインドールジテルペンの生合成酵素遺伝子を作用させるなど)を人為的に再構築し、構造多様性の創出を検討する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Institute of Fundamental Sciences/Massey University(New Zealand)

    • 国名
      ニュージーランド
    • 外国機関名
      Institute of Fundamental Sciences/Massey University
  • [雑誌論文] Biosynthesis of Shearinine: Diversification of a Tandem Prenyl Moiety of Fungal Indole Diterpenes2016

    • 著者名/発表者名
      Chengwei Liu, Atsushi Minami, Tohru Dairi, Katsuya Gomi, Barry Scott, Hideaki Oikawa.
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 18 ページ: 5026-5029

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.6b02482

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 糸状菌が生産するインドールセスキテルペンの生合成研究(2)2017

    • 著者名/発表者名
      工藤洸星・松本知之・劉成偉・尾﨑太郎・ 五味勝也・南篤志・及川英秋
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会 (2017)
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [学会発表] Study on the biosynthesis of fungal indole diterpenes2017

    • 著者名/発表者名
      Chengwei Liu
    • 学会等名
      2nd US-Japan Seminar on the Biosynthesis of Natural Products for Young Researchers
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2017-03-04 – 2017-03-05
    • 国際学会
  • [備考] https://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~yuhan/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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