| 研究課題/領域番号 |
19K05776
|
|---|
| 研究機関 | 福井県立大学 |
|---|
研究代表者 |
丸山 千登勢 福井県立大学, 生物資源学部, 准教授 (20452120)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | 非タンパク性アミノ酸 / 二次代謝 / 生合成 |
|---|
| 研究実績の概要 |
非タンパク性アミノ酸（NPAA）は、生体内においてアミノ酸代謝中間体や神経伝達物質として機能するだけでなく、生物組織や天然有機化合物の構成成分として機能しており、産業上重要な化合物の一群である。本研究で我々は、NPAAの新たな探索資源および安価な供給資源として、微生物が生産するペプチド系二次代謝産物の多様性に着目した。
3つのNPAA（phenylalanine誘導体、hydroxy-L-valine、beta-homolysine）から構成されるペプチド化合物resormycinは、Streptomyces属放線菌が生産する植物病原真菌特異的な抗生物質である。構成成分の一つであるbeta-homolysineは、有機合成品が医薬品の合成原料やアミノ酸アナログとして市販されているが、天然物からは見つかっておらず、resormycinは数少ない天然由来beta-homolysine含有化合物である。これまでにbeta-homolysine生合成に関する研究報告はなく、beta-homolysineは新規経路によって生合成される可能性が示唆された。またL-valineのメチル化、水酸化誘導体は、数多くの天然有機化合物に含まれており、生理活性に重要な役割を担っているが、L-valineのメチル化および水酸化酵素が実際に同定された例は少ない。これら修飾酵素は、創薬研究においてペプチド系化合物の多様性創出に有用なだけでなく、臨床分野においてもアミノ酸濃度測定法への活用が期待されている。本研究で明らかにするresormycin生合成機構は、このような学術的、工業的に価値の高いNPAAおよびNPAA生合成酵素を新たに創造すると期待している。そこで本年度の研究ではまず、「resormycin生合成遺伝子群の同定および機能解析」を中心に進め、その他NPAAについても生合成経路の解明を試みる。
|
| 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
resormycin生産菌であるStreptomyces platensis MJ953-SF5のドラフトゲノム情報をAntiSMASHにて解析し、resormycin生合成に関与する遺伝子群を探索したところ、2つの非リボソーム型ペプチド合成酵素（NRPS）遺伝子を含む約50 kbpの遺伝子群（res cluster）を見出した。これらNRPSが持つ、基質アミノ酸の活性化を触媒するアデニル化ドメイン（Aドメイン）について、組換え酵素を用いて基質特異性を調べたところ、2つのAドメインがそれぞれ、L-valineとbeta-homolysineを特異的に認識することが判明した。この結果から、(1) resormycinのペプチド構造がNRPSによって生合成されること、(2) beta-homolysineが生合成中間体として生合成された後にresormycinへと取り込まれること、(3)L-valine水酸化反応はペプチド構造が形成された後に触媒されることを明らかにした。
また本研究で見出したres clusterをBACベクターにクローニングし、resormycinを生産しない異種放線菌を宿主とした異種発現実験を行った結果、res cluster導入株がresormycinを生産蓄積することが判明した。このことから、本研究で取得したゲノム断片にはresormycin生合成に関わる全ての遺伝子セットが含まれていることを明らかにした。
|
| 今後の研究の推進方策 |
本年度に取得したres clusterについて、本遺伝子群に含まれる各遺伝子の破壊実験を進め、resormycin生合成中間体を同定することにより、resormycin生合成経路の全貌解明を目指す。また特にbeta-homolysine生合成については新規生合成経路によって生産されることが期待できることから、遺伝子破壊実験と同時に、各遺伝子の組換え酵素を用いたin vitro解析も進め、in vivoまたin vitro生産系の確立を目指す。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度末の新型コロナ感染拡大の影響で、計画していた国内学会での成果報告の中止や研究活動の自粛が相次いだため、消耗品の購入を取りやめた。予定の研究活動は2020年度より再開することとし、2020年度予算に繰り越した。
また本研究課題で解明したNPAAの新規生合成経路について、2020年度初旬に学術論文発表を計画しており、そのための英文公正料や論文投稿料として繰越予算を使用したい考えている。
|
