シトクロムP450による擬似基質誘起1級炭素選択的水酸化反応の開発

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K05271
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 有安 真也 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (50586998)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: シトクロムP450 / 擬似基質 / 末端水酸化 / 非天然基質 / CYP153

研究実績の概要

本計画では、シトクロムP450に擬似基質を添加して、化学的に反応性の低い末端の1級炭素に選択的に水酸基を導入する技術の創製を目指して研究を行っている。昨年度までに、自然界で長鎖脂肪酸の末端を水酸化しているCYP153の一種CYP153A33が擬似基質存在下、プロパンの１級炭素を約80%の選択性で水酸化し、1-プロパノールが優先的に得られることを明らかにした。また、擬似基質には多様性の乏しいフッ素修飾擬似基質が有効に機能することを明らかにしていた。2023年度は本計画の最終目標である分子の両末端に水酸基を導入してジオールへの変換を行うために、CYP153A33の擬似基質の適用範囲の調査を行った。これは目的の両末端水酸化のためには、基質との相互作用可能な官能基を擬似基質末端に導入する必要があり、構造多様性の高い非フッ素修飾擬似基質でCYP153A33に適応する分子骨格を見つける必要があった。しかし、いずれの擬似基質も効果を示さず、CYP153A33の擬似基質特異性が非常に高いことが明らかとなった。ただし、フッ素修飾は免れないものの、擬似基質の酵素表面側は従来のアミノ酸型ではなく、安息香酸型でも機能することを明らかにし、CYP153A33に適した擬似基質の開発に対して、有用な知見を得られたと言える。目的の両末端水酸化に適した擬似基質の開発には至らなかったが、CYP153A33の持つ特徴的な狭い反応空間を活かし、エタン、メタンの水酸化を行ったところ、従来のP450BM3よりは反応速度は劣るものの、擬似基質存在下でのエタン、メタンの直接水酸化が進行可能なことを明らかにし、CYP153類の新たな応用方法を開拓することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Influence of Solvents on Catalytic C?H Bond Oxidation by a Copper(II)?Alkylperoxo Complex (2024)
  • 著者名/発表者名: Lee Yuri、Kim Bohee、Kim Seonghan、Ng Elvis Wang Hei、Ariyasu Shinya、Shoji Osami、Yoon Sungho、Hirao Hajime、Cho Jaeheung
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 14 ページ: 3524～3532
  • DOI: 10.1021/acscatal.3c05643
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly selective hydroxylation of gaseous alkanes at the terminal position by wild-type CYP153A33 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kodama Yusaku、Ariyasu Shinya、Karasawa Masayuki、Aiba Yuichiro、Shoji Osami
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 13 ページ: 6146～6152
  • DOI: 10.1039/D3CY00752A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic Oxidation of Methane by Wild-Type Cytochrome P450BM3 with Chemically Evolved Decoy Molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Ariyasu Shinya、Yonemura Kai、Kasai Chie、Aiba Yuichiro、Onoda Hiroki、Shisaka Yuma、Sugimoto Hiroshi、Tosha Takehiko、Kubo Minoru、Kamachi Takashi、Yoshizawa Kazunari、Shoji Osami
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 13 ページ: 8613～8623
  • DOI: 10.1021/acscatal.3c01158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigating the applicability of the CYP102A1-decoy-molecule system to other members of the CYP102A subfamily (2023)
  • 著者名/発表者名: Stanfield Joshua Kyle、Onoda Hiroki、Ariyasu Shinya、Kasai Chie、Burfoot Eleanor Mary、Sugimoto Hiroshi、Shoji Osami
  • 雑誌名: Journal of Inorganic Biochemistry 巻: 245 ページ: 112235～112235
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2023.112235
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Compound I Mimic Reveals the Transient Active Species of a Cytochrome P450 Enzyme: Insight into the Stereoselectivity of P450‐Catalysed Oxidations (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kazuto、Stanfield Joshua Kyle、Omura Keita、Shisaka Yuma、Ariyasu Shinya、Kasai Chie、Aiba Yuichiro、Sugimoto Hiroshi、Shoji Osami
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 62 ページ: e202215706
  • DOI: 10.1002/anie.202215706
  • 査読あり
• [学会発表] 擬似基質を用いたシトクロムP450の特性を活かしたガス状アルカンの直接水酸化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 有安 真也, 児玉 侑朔, 米村 開, 愛場 雄一郎, 荘司 長三
  • 学会等名: 生物無機化学シンポジウム2024
• [学会発表] Catalytic Oxidation of Gaseous Alkanes by Wild-type Cytochrome P450BM3 with Chemically Evolved Decoy Molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinya Ariyasu, Kai Yonemura, Chie Kasai, Yuichiro Aiba, Hiroshi Sugimoto, Osami Shoji
  • 学会等名: 23rd International Conference on Cytochrome P450
  • 国際学会
• [学会発表] 合成分子で酵素の能力を引き出す技術の最前線 (2023)
  • 著者名/発表者名: 有安 真也
  • 学会等名: 第17回バイオ関連化学シンポジウム
  • 招待講演