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

基于对生物合成酶机理的理解生成高功能化萘醌

• 批准号: 19H03385
• 负责人: 市瀬 浩志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Musashino University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H03385/
• 关键词: 生合成; ナフトキノン; 放線菌; 二次代謝; 官能基化; 二量化; モデリング; 過酸化水素; 酸素添加; エノイル還元; 立体特異的; 変異型酵素; 全合成; 機能解析; フラビン; 酵素解析; 生合成酵素; 高度官能基化; 基質認識

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。

Actinorhodin(ACT) is a basic framework for the production of Streptomyces coelicolor A3(2), and Type II polyketide synthase (PKS) is a nuclear functional enzyme group. The structure of NQ C-glycosidic complex is characterized by the use of medermycin (MED) and granaticin (GRA), and the formation of NQ skeleton, including the integration of highly functional mechanisms, the elucidation of the substrate, and the setting of objectives. 1. Functional analysis of FMO ActVA-5/ActVB and FMO-like enzymes; 2. Functional analysis of modified FMO enzyme group design, modulation and two-dimensional enzymes ActVA-4/ActVA-3; 3. Construction of acid addition systems for various polycyclic substrates of natural and modified FMOs; 4. Trial of multi-dimensional reactions for various NQ-type substrates of ActVA-4/ActVA-3; 5. The implementation of multi-dimensional reactions of NQ compounds related to AcVA-4/ActVA-3 enzymes; 6. The design, modulation and synthesis of highly functionalized NQ compounds related to modified highly functionalized enzymes. This year, 4. ActVA-4/ActVA-3 is used to analyze the functional properties of the binary reaction-related molecules in the final stage of ACT synthesis. The reaction mechanism of the binary reaction-related molecules in the NQ matrix DHK-OH and the reductive product THK-OH is explained. ActVA-4 is a three-dimensional quantization mechanism for enzyme analysis. The results of this research are published in academic papers.

项目成果

アクチノロジン生合成におけるアリールカップリング反応機構の解析（第2報）

放线菌素生物合成中芳基偶联反应机理分析（第二报告）

• 发表时间: 2020
• 作者: 渡 進;橋元 誠;田口 貴章;石川 和樹;岡本 晋;市瀬 浩志
• 通讯作者: 市瀬 浩志

ベンゾイソクロマンキノン系抗生物質生合成におけるラクトン化に関する酵素学的研究（第２報）

苯并异色满醌类抗生素生物合成中内酯化的酶学研究（第二次报告）

• 发表时间: 2022
• 作者: 橋元 誠 ; 垣敏広 ; 石川 和樹 ; 田口 貴章 ; 市瀬 浩志
• 通讯作者: 市瀬 浩志

ベンゾイソクロマンキノン系抗生物質生合成におけるラクトン化に関する酵素学的研究（第１報）

苯并异色满醌类抗生素生物合成中内酯化的酶学研究（第一篇报告）

• 发表时间: 2021
• 作者: 橋元 誠; 橘 佑夏; 糸賀 真尋; 石川 和樹; 田口 貴章;市瀬 浩志
• 通讯作者: 市瀬 浩志

Granaticin 生合成の立体化学を制御するケト還元酵素 Gra-6 の機能解析

控制格拉提辛生物合成立体化学的酮还原酶 Gra-6 的功能分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 〇橋本実里;石川和樹;脇田知希;橋元誠;市瀬浩志
• 通讯作者: 市瀬浩志

アクチノロジン生合成に関与する二機能性酵素の同定と特性解析

放线菌素生物合成中双功能酶的鉴定和表征

• 发表时间: 2019
• 作者: 橋元 誠;渡 進;田口 貴章;石川 和樹;岡本 晋;市瀬 浩志;渡進，橋元誠，田口貴章，石川和樹，岡本晋，市瀬浩志;網野祐，橋元誠，田口貴章，石川和樹，熊本卓哉，岡本晋，市瀬浩志;市瀬浩志，田口貴章，淡川孝義，橋元誠，石川和樹，片川和明，熊本卓哉，大西康夫，岡本晋
• 通讯作者: 市瀬浩志，田口貴章，淡川孝義，橋元誠，石川和樹，片川和明，熊本卓哉，大西康夫，岡本晋