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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

基本信息

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

项目摘要

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。

During the 9 months of research, the original plan was developed. The origin of decarboxylase (L/ODC) was studied by co-researchers. X-ray crystal structure analysis was performed. Activity evaluation of about 30 kinds of heterologous enzymes was carried out. A comparative study of the enzyme activity of L/ODC in the middle of the research project was conducted. For Tanjil species, La-DapDC and La-ADC are used to determine the activity of enzymes in vitro. The structure of La-L/ODC and La-DapDC was compared by computational chemistry, and important acid residues were predicted. As a result, La-L/ODC F344H and La-L/ODC F344Y showed the activity of DapDC in two different enzymes. However, new insights into the substrate specificity and reaction mechanism of enzymes remain, and discussions on the evolution of enzymes from L/ODC species have yielded great results. J. Am.(2000), Journal of Computational Chemistry, 1999, pp. 100 - 100. Chem. Soc.）The paper was published on the website of the Chinese Academy of Sciences. In order to construct the framework of various natural substances, the analysis of the reaction mechanism of acidifying enzyme, the selection of the reaction mechanism, the analysis of the reaction mechanism of acidifying enzyme, the reaction mechanism, the analysis of acidifying enzyme, the reaction mechanism of acidifying enzyme Chem. Int. Ed. Annals Reveal.