モジュラー型酵素の機能解析とそれを応用した抗腫瘍性物質生産法の開発

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20310126
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 及川 英秋 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (00185175)
• キーワード: 生理活性 / 酵素反応 / 微生物 / 生合成 / 有機化学

研究概要

抗腫瘍性物質サフラマイシン生合成で最も重要な骨格合成酵素SfmCに標的を絞り、その酵素活性の検出を試みた。長鎖アシル基を有するジペアチドCoA誘導体およびチロシン誘導体を基質として、ATPおよびNADPHを補酵素として添加する条件下反応を行ったところ、望む5環性環化生成物が得られた。その詳細な反応機構を解析した結果、本酵素SfmCは、3回の還元反応、2回の炭素炭素結合反応(Pictet-Spengler反応)を含む7段階の反応を触媒する興味深い酵素であることがわかった。さらにアシル基部分の鎖長が、反応速度に劇的な影響を与えることも明らかにした。本変換反応で最も興味深いPictet-Spengler反応を触媒するドメインを特定するため、調製した複数の変異酵素を用いて、単一触媒回転実験を行ったところ、本来ペプチド結合形成を触媒するCドメインが、還元(R)ドメインによって生じたアルデヒドとアミノ酸(チロシン誘導体)の間でイミン形成後、生じたイミンとフェノールの隣接炭素の間で結合形成を触媒することを明らかにした。本研究では、ペプチド合成酵素(NRPS)の新規機能を発見したのみならず、サフラマイシンと同一の骨格を有する臨床用抗ガン剤の酵素合成に適用可能な重要な変換反応を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Reconstruction of the saframycin core scaffold defines dual Pictet-Spengler mechanisms. (2010)
  • 著者名/発表者名: Koketsu, H., Watanabe, K., Suda, H., Oguri, H., Oikawa, H
  • 雑誌名: Nat.Chem.Biol. (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversification of echinomycin molecular structure by way of chemoenzymatic synthesis and heterologous expression of the engineered echinomycin biosynthetic pathway (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, K., Oguri, H., ^*Oikawa, H.
  • 雑誌名: Curr.Opin.Chem.Biol. 13 ページ: 189-196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rationally Engineered Total Biosynthesis of a Synthetic Analogue of a Natural Quinomycin Depsipeptide in Escherichia coli. (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, K., (5 persons), Oikawa, H.
  • 雑誌名: Chem Bio Chem 10 ページ: 1965-1968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Escherichia coli Allows Efficient Modular Incorporation of Newly Isolated Quinomycin Biosynthetic Enzyme into Echinomycin Biosynthetic Pathway for Rational Design and Synthesis of Potent Antibiotic Unnatural Natural Product (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, K., (8 persons), Oikawa, H.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 131 ページ: 9347-9353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzymatic synthesis of molecular skeletons of complex antitumor antibiotics with non-ribosomal peptide synthetases (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, K., Oguri, H., Oikawa, H.
  • 雑誌名: J.Synth.Org.Chem., Jpn. 67 ページ: 1152-1160
  • 査読あり
• [学会発表] Biosynthetic Engineering on Antitumor Peptide Antibiotics (2009)
  • 著者名/発表者名: Oikawa, H
  • 学会等名: 14^<th> European Congress on Biotechnology
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2009-09-13
• [学会発表] 抗腫瘍抗生物質サフラマイシン生合成酵素を用いたテトラヒドロイソキノリン骨格の酵素合成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 纐纈健人
  • 学会等名: 第95回 有機合成シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-06-11
• [図書] "Chemical Defense and Toxins of Plant."in Comprehensive Natural Products Chemistry II (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamane, H., Konno, K., Takabayashi, J., Sassa, T., Oikawa, H
  • 総ページ数: 46
  • 出版者: Elsevier
• [図書] Diels-Alderases."in Comprehensive Natural Products Chemistry II (2010)
  • 著者名/発表者名: Oikawa, H
  • 総ページ数: 39
  • 出版者: Elsevier
• [図書] 天然物全合成の最新動向『生合成酵素による天然物の全合成 抗腫瘍性物質エキノマイシンの合成を中心に』 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺賢二、大栗博毅、及川英秋
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: シーエムシー出版