Generation of highly functionalized naphthoquiones based on the mechanistic understanding of biosynthetic enzymes

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Streptomyces coelicolor A3(2)の生産するactinorhodin(ACT)は、ナフトキノン(NQ)二量体の基本骨格を有し、Type II 型polyketide synthase (PKS)を中核とする単機能酵素群による多段階反応の中に、連続酸素添加並びに位置特異的二量体化という高度官能基化を伴って生合成される芳香族ポリケタイド化合物である。 ACTならびにNQのC-配糖体構造をもつmedermycin (MED)とgranaticin (GRA)に関与する生合成酵素群を利用して、NQ骨格形成に含まれる高度官能基化機構の統合的解明を基盤として下記の6つの目的を設定して研究を展開している。 1.フラビン依存型酸素添加酵素（FMO）ActVA-5/ActVBと類縁酵素の機能解析; 2.改変型FMO酵素群の設計・調製と二量体化酵素ActVA-4/ActVA-3の機能解析; 3.天然型および改変型各種FMOによる各種多環性基質への酸素添加システム構築; 4.ActVA-4/ActVA-3による各種NQ型基質による多量体化反応の試行; 5.AcVA-4/ActVA-3類縁酵素によるNQ型化合物の多量体化反応の実施; 6.改変型高度官能基化酵素システムの設計・調製と高度官能基化NQ化合物の創成.今年度は、4.ActVA-4/ActVA-3によるACT生合成最終段階に関与する二量化反応の機能解析を実施し、本反応が、NQ型基質DHK-OHとその還元生成物THK-OHとによるヘテロ二量化として進行し、過酸化水素の脱離の経て、ナフトキノン二量体となる前例のない反応機構を解明した。また、ActVA-4のホモロジーモデリングによる解析から酵素ポケット内の三次元的な二量化機構モデルを提唱した。これらの研究成果は学術論文に発表した。