計算化学・遺伝子工学・分子生物学を基盤とした植物二次代謝酵素の解析と設計

基于计算化学、基因工程和分子生物学的植物次生代谢酶的分析和设计

• 批准号: 20J01256
• 负责人: 佐藤 玄
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01256/
• 关键词: アルカロイド; DFT

採用からわずか９ヶ月間の研究期間ではあったが、当初の計画よりも研究が進展したと考えている。ホソバルピナス由来のリジン・オルニチン脱炭酸脱炭酸酵素 (L/ODC)については、共同研究者の取得した X 線結晶構造解析に基づき、約 30 種類の変異体酵素の作成とその活性評価を行うことができ、各アミノ酸側鎖がどのように酵素活性に寄与しているかを明らかにすることが出来た。また、研究計画に従い、L/ODC の近縁酵素であるアルギニン脱炭酸脱炭酸酵素 (ADC)、ジアミノピメリン酸脱炭酸脱炭酸酵素 (DapDC)との比較も進めた。ホソバルピナス（Tanjil品種）から La-DapDC と La-ADC をそれぞれクローニングしてくることに成功し、このうち、La-DapDC については、in vitro で酵素活性を確認することが出来た。また、La-L/ODC と La-DapDC の構造を計算化学により比較することにより、重要なアミノ酸残基を予測した。その結果、La- L/ODC F344H と La- L/ODC F344Y という2種の点変異体酵素が DapDC 活性を示すことを見出した。このことは、酵素の基質特異性や反応機構に新たな知見を与えるに留まらず、L/ODC 近縁種の酵素の進化の議論にもつながる大きな成果であると考える。また、40 年以上にわたり謎とされてきたブラシラン型骨格の生合成反応機構を計算化学を駆使することによって明らかにし、アメリカ化学会誌（J. Am. Chem. Soc.）に掲載され、表紙にも選出された。さらに、多様な天然物骨格の構築を目的とし、酸化酵素の反応機構解析にも取り組み、インドールジテルペン化合物 Lolitrem 生合成研究におけるラジカル閉環反応の詳細を明らかにすることに成功し、Angew. Chem. Int. Ed. 誌に掲載された。

Using か ら わ ず か ヶ 9 months の study period で は あ っ た が, plan at the beginning の よ り が も research progress し た と exam え て い る. ホ ソ バ ル ピ ナ ス origin の リ ジ ン · オ ル ニ チ ン decarburization acid enzyme of decarburization acid (L/ODC) に つ い て は, researchers の made し た X-ray crystal structure parsing に base づ き, about 30 Species の variations with enzyme の made と そ の activity evaluation 価 を line う こ と が で き, various ア ミ ノ acid side chain が ど の よ う に send に enzyme activity and し て い る か を Ming ら か に す る こ と が た. ま た, research projects に 従 い, L/ODC の nearly try enzyme で あ る ア ル ギ ニ ン decarburization acid decarburization acid enzyme (ADC), ジ ア ミ ノ ピ メ リ ン decarburization decarburization acid of acid of acid enzyme (DapDC) と の is も into め た. ホ ソ バ ル ピ ナ ス (Tanjil varieties) か ら La - DapDC と La - ADC を そ れ ぞ れ ク ロ ー ニ ン グ し て く る こ と に successful し, こ の う ち, La - DapDC に つ い て は, the in vitro で enzyme activity を confirm す る こ と が た. ま た, La - L/ODC と La - DapDC の tectonic を computational chemistry に よ り compare す る こ と に よ り, important な ア ミ ノ acid residues を be し た. そ の results, La - L/ODC F344H と La - L/ODC F344Y と い う two の point 1 - enzyme が を DapDC activity in す こ と を shows し た. の こ の こ と は, enzyme substrate specificity や に 応 authorities new た な knowledge を and え る に leave ま ら ず, L/ODC talk about try species の enzyme の evolution の に も つ な が る big き な results で あ る と exam え る. ま た, 40 years に わ た り mystery と さ れ て き た ブ ラ シ ラ ン type bone の biosynthesis を 応 authorities computational chemistry を 駆 make す る こ と に よ っ て Ming ら か に し, ア メ リ カ chemical society volunteers (j. Am. Chem. Soc.) に first white jasmines load さ れ, table paper に も elected さ れ た. さ ら に, many others な natural things bone の build を purpose と し acidification and enzyme の parsing 応 authorities に も み り group, イ ン ド ー ル ジ テ ル ペ Lolitrem ン compounds biosynthesis studies に お け る ラ ジ カ ル closed-loop anti 応 の detailed を Ming ら か に す る こ と に し success, Angew. Chem. Int. Ed. The chronicle に reports された.

项目成果

DFT Study on the Biosynthesis of Preasperterpenoid A: Role of Secondary Carbocations in the Carbocation Cascade

前黑萜 A 生物合成的 DFT 研究：次级碳阳离子在碳阳离子级联中的作用

• DOI: 10.1248/cpb.c20-00037
• 发表时间: 2020
• 期刊: Chemical and Pharmaceutical Bulletin
• 影响因子: 1.7
• 作者: Sato Hajime;Yamazaki Mami;Uchiyama Masanobu
• 通讯作者: Uchiyama Masanobu

Biosynthesis of Indole Diterpene Lolitrems: Radical-Induced Cyclization of an Epoxyalcohol Affording a Characteristic Lolitremane Skeleton

• DOI: 10.1002/anie.202007280
• 发表时间: 2020-10-05
• 期刊: ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
• 影响因子: 16.6
• 作者: Jiang, Yulu;Ozaki, Taro;Oikawa, Hideaki
• 通讯作者: Oikawa, Hideaki