ポリケタイド閉環酵素とバイヤービリガー酵素の機能改変と新規化合物の創出

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 19H04649
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 森田 洋行 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (20416663)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 酵素工学 / 生合成 / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

アサ由来オリベトール酸閉環酵素（OAC）は，カンナビノイドの生合成において，ペンチルテトラケタイドCoAの2位から7位へのアルドール縮合を触媒することで，カンナビノイドの生合成鍵中間体オリベトール酸を生産する酵素である。今年度においては，新規オリベトール酸アナログを創出することを目的に，OACの基質結合において，基質のペンチル基を認識するペンチル結合ポケットの底部を形成するLeu9，Phe23，Phe24，Val59，及び側面を形成するTyr27に着目し，１アミノ酸につき，Ile，Val，Ala，Glyに変換したOAC変異酵素を作成し，それらの酵素反応生成物について解析した。その結果，OAC V59Ile及びOAC Y27Phe変異酵素を可溶性酵素として得ることができた。さらに，これら2種の酵素反応性生物について精査した結果，OAC Y27Phe変異酵素は，オリベオール酸の生成量を約1.5倍上昇させること，及びオリベトール酸よりも炭素数が2個長いヘプチル基を有するオリベトール酸アナログ，2,4-dihydroxy-2-heptylnenzoic acidを約3倍多く生産できることを明らかにした。しかし，本変異酵素においては，さらに炭素数の2つ長いアシル基を有するオリベトール酸アナログを生成することはできなかった。一方，OAC V59Ileの反応生成物の解析を進めた結果，本変異酵素が野生型よりも炭素数が6個長いアシル基を有する新規アリベトール酸アナログを生成できることが明らかになった。現在，そのこれらの機能の改変理由について明らかにするため，OAC V59Ileの結晶化を進めているところである。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は，OACを用いて新規化合物を創出することを目標にしていた。機能改変の詳細なメカニズムの解明までには至っていないものの、OACのペンチル結合ポケットに変異を導入することで，新規オリベトール酸アナログを生産できたことから，総合的に考えて，概ね計画通りに進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

OAC V59IleのX線結晶構造を取得し，機能が改変されたメカニズムを明らかにする。次いで，それに基づき，OACのさらなる機能改変を目指す。また，次年度は，バイアービリガー反応を触媒するNodulisporium sp.由来VidFの機能改変も目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カントー大学(ベトナム)
  • Country Name: VIET NAM
  • Counterpart Institution: カントー大学
• [Int'l Joint Research] ヤンゴン大学(ミャンマー)
  • Country Name: MYANMAR
  • Counterpart Institution: ヤンゴン大学
• [Journal Article] Anti-inflammatory activities of isopimara-8(14),15-diene diterpenoids and mode of action of kaempulchraols P and Q from Kaempferia pulchra rhizomes (2020)
  • Author(s): Win, N.N., Hardianti, B., Kasahara, S., Ngwe, H., Hayakawa, Y., Morita, H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett. Volume: 30 Pages: e126841
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126841
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How structural subtleties lead to molecular diversity for the type III polyketide synthases (2019)
  • Author(s): Morita, H., Wong, C.P., Abe. I.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 294 Pages: 15121-15136
  • DOI: 10.1074/jbc.REV119.006129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viral protein R inhibitors from Swertia chirata of Myanmar (2019)
  • Author(s): Woo, S., Win, N.N., Oo, W.M.N., Ngwe, H., Ito, T., Abe, I., Morita, H.
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: 128 Pages: 445-449
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.04.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anti-melanin deposition activity and active constituents of Jatropha multifida stems (2019)
  • Author(s): Woo, S., Wong, C.P., Win, N.N., Lae, K.Z.W., Woo, B., Elsabbagh, S.A., Liu, Q.Q., Ngwe, H., Morita, H.
  • Journal Title: J. Nat. Med. Volume: 73 Pages: 805-813
  • DOI: 10.1007/s11418-019-01314-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural elucidation of tenebrathin: Cytotoxic C5-substituted gamma-pyrone with nitroaryl side chain from Streptoalloteichus tenebrarius (2019)
  • Author(s): Hoshino, S., Mitsuhashi, T., Kikuchi, T., Wong, C.P., Morita, H., Awakawa, T., Fujita, M., Abe. I.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 21 Pages: 2330-2334
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02443
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three new inositol derivatives from Chisocheton paniculatus (2019)
  • Author(s): Nguyen, H.T., Tran, L.T.T., Ho, D. V., Phan, K.V., Raal, A., Morita, H.
  • Journal Title: Tetrahedron. Lett. Volume: 60 Pages: 1841-1844
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.06.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facile sodium metabisulfite mediated synthesis of 1,2-disubstituted benzimidazoles and cytotoxicity evaluation (2019)
  • Author(s): Hue, B.T.B., Nguyen, H.M., Hieu, M.V., Thanh, D.L.D., Son, N.H., De, T.Q., Morita, H.
  • Journal Title: Heterocycles Volume: 98 Pages: 650-665
  • DOI: 10.3987/COM-19-14071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new alkylbenzoquinone from Embelia rowlandii Gilg. (Myrsinaceae) (2019)
  • Author(s): Tchomtchoua Bouzeko, I.L., Ndontsa, B.L., Mba Nguekeu, Y.M., Awouafack, M.D., Wong, C.P., Simo Mpetga, J.D., Mbouangouere, R., Tane, P., Morita, H.
  • Journal Title: Nat Prod Res Volume: 33 Pages: 1909-1915
  • DOI: 10.1080/14786419.2018.1479703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two new quassinoids and other constituents from Picrasma javanica wood and their biological activities (2019)
  • Author(s): Prema, Wong, C.P., Nugroho, A. E., Awouafack, M.D., Win, Y.Y., Win, N.N., Ngwe, H., Morita, H., Morita, H.
  • Journal Title: J. Nat. Med. Volume: 73 Pages: 589-596
  • DOI: 10.1007/s11418-018-01279-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amino acid residues recognizing isomeric glutamate substrates in UDP-N-acetylmuramic acid-L-alanine-glutamate synthetases (2019)
  • Author(s): Feng, R., Satoh, Y., Morita, H., Ogasawara, Y., Dairi, T.
  • Journal Title: ACS Chem. Biol. Volume: 14 Pages: 975-978
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new sterol from the Vietnamese marine sponge Xestospongia testudinaria and its biological activities (2019)
  • Author(s): Nguyen, H.M., Ito, T., Win, N.N., Vo, H.Q., Nguyen, H.T., Morita, H.
  • Journal Title: Nat. Prod. Res. Volume: 33 Pages: 1175-1181
  • DOI: 10.1080/14786419.2018.1465057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bis-iridoid and iridoid glycosides: Viral protein R inhibitors from Picrorhiza kurroa collected in Myanmar (2019)
  • Author(s): Win, N.N., Kodama, T., Lae, K.Z.W., Win, Y.Y., Ngwe, H., Abe, I., Morita, H.
  • Journal Title: Fitoterapia Volume: 134 Pages: 101-107
  • DOI: 10.1016/j.fitote.2019.02.016
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Engeering of olivetolic cyclase to generate new compounds (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: JST-CRSC「日中分野別ハイレベル研究者交流会2019」医薬・健康編
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of unnatural compounds by enzyme engineering (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: The 80th Anniversary of The Natural Products Research Institute at Seoul National University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 天然型・非天然型化合物ライブラリーの構築を目指して (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: 第36回和漢医薬学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] ポリケタイド閉環酵素とバイヤービリガー酵素の機能改変と新規化合物の創出 (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: 科学研究費補助金 新学術領域研究（研究領域提案型）生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学、第６回公開シンポジウム
• [Presentation] 有用物質生産を目指した二次代謝酵素の酵素工学 (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: フォーラム富山「創薬」第49回研究会
  • Invited
• [Presentation] Synthesis of unnatural compounds by enzyme engineering (2019)
  • Author(s): 森田 洋行
  • Organizer: 2019 International Conference of The Plant Resources Society of Korea
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 富山大学和漢医薬学総合研究所 天然物創薬学領域 天然物化学ユニット
  • URL: https://www.inm.u-toyama.ac.jp/napc/index.html