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2021 年度 実績報告書

メロテルペノイド生合成酵素の精密機能解析を基盤とした構造多様化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K15703
研究機関東京大学

研究代表者

森 貴裕  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60734564)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード生合成 / 酸化酵素 / 結晶構造解析 / 酵素反応機構
研究実績の概要

糸状菌由来novofumigatoninの生合成に関わる新規異性化酵素NvfEのホモログ酵素、NvfIの詳細なメカニズム解明、生化学的性質についての解析を行った。NvfIはasnovolin Aを基質とし、一回の触媒反応で3つの酸素原子を導入し、fumigatonoid Aを生産する。 昨年度までにNvfIの立体構造を明らかとしたため、活性部位アミノ酸残基に対する変異を導入し、反応に重要なアミノ酸残機を特定するとともに、NvfIの反応性の改変を試みた。基質結合時にコンフォメーションが変化する可動性ループ上に位置するアミノ酸残基Phe127とTrp199をAlaに置換したところ、活性の消失を確認した。また、F127I、W199F変異体においては、活性の低下とともに、新たにasnovolin AのC-13位がアルデヒド化された新規化合物を生成していた。さらに、活性部位において基質と相互作用を形成しているHis138のAla置換体においては、C-2'-C-3'がエポキシ化された化合物が生成していることを見出した。これらの結果より、可動性ループ上のPhe127とTrp199はゲートキーパー残基として、基質の結合様式に重要であり、His138は基質と水素結合を形成することで、基質認識、生成物特異性の制御に重要であることが明らかとなった。また、NvfIの酸素の安定同位体を用いた精密酵素機能解析により、NvfIの反応中において導入される酸素原子のうち、2つは酸素由来、1つは水由来であることが判明した。異常の結果をもとに、NvfIの詳細な反応機構の提唱をおこなった。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Molecular insights into the endoperoxide formation by Fe(II)/α-KG-dependent oxygenase NvfI2021

    • 著者名/発表者名
      Mori Takahiro、Zhai Rui、Ushimaru Richiro、Matsuda Yudai、Abe Ikuro
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 4417

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24685-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterodimeric Non-heme Iron Enzymes in Fungal Meroterpenoid Biosynthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Li Xinyang、Awakawa Takayoshi、Mori Takahiro、Ling Meiqi、Hu Dan、Wu Bin、Abe Ikuro
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 ページ: 21425~21432

    • DOI

      10.1021/jacs.1c11548

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Aziridine Formation by a Fe <sup>II</sup> /α‐Ketoglutarate Dependent Oxygenase and 2‐Aminoisobutyrate Biosynthesis in Fungi2021

    • 著者名/発表者名
      Bunno Reito、Awakawa Takayoshi、Mori Takahiro、Abe Ikuro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 60 ページ: 15827~15831

    • DOI

      10.1002/anie.202104644

    • 査読あり
  • [学会発表] 酵素立体構造を基盤とした二次代謝産物生合成酵素の酵素工学2022

    • 著者名/発表者名
      森貴裕
    • 学会等名
      日本薬学会第142年会
  • [学会発表] Molecular basis for the endoperoxide formation by Fe(II)/α-KG-dependent oxygenase NvfI2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Mori, Rui Zhai, Richiro Ushimaru, Ikuro Abe
    • 学会等名
      3rd Aachen Protein Engineering Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular basis for the endoperoxide formation by Fe(II)/α-KG-dependent oxygenase NvfI2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Mori, Rui Zhai, Richiro Ushimaru, Ikuro Abe
    • 学会等名
      4th European Conference on Natural Products
    • 国際学会
  • [学会発表] 非ヘム鉄α-ケトグルタル酸要求性オキシゲナーゼによるエンドペルオ キシド形成機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      森 貴裕、Rui Zhai、牛丸 理一郎、阿部 郁朗
    • 学会等名
      第63回天然有機化合物討論会

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公開日: 2022-12-28  

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