Toward engineered biosynthesis of drugs in human cells

Aspergillus fumigatusが産生するfumagillin (1)はmethionine aminopeptidase 2（MetAP2）を選択的に阻害することで血管内皮細胞の増殖を阻害する極めて強力な血管新生阻害剤である。1の生合成酵素の一つであるFma-P450は、同エポキシ環の形成を担う酸化酵素であり、多段階の酸化反応を経てβ-trans-bergamotene (2)をdehydro-demethoxyfumagillol (3)へと変換する。さらに3は還元酵素であるFma-KRによってdemethoxyfumagillol (4)へ変換されるが、fma-TC及びfma-P450を異種発現させたSaccharomyces cerevisiaeでは、3は宿主の内在性還元酵素によって5-epi-demethoxyfumagillol (5)へ変換される。また、4はA. fumigatus A1159のfma-C6H欠損株から単離した6-demethoxyfumagillin(6)をNaOHで加水分解することも単離することが可能である。Cell counting WST-8を用いた細胞毒性試験では、4で48時間処理したヒト子宮頸がん細胞HeLaでは増殖抑制効果が認められた。また、2はHeLa細胞に対して毒性はなく、それに対し5は濃度依存的にHeLa細胞の増殖を抑制した。すなわち、Fma-P450は無毒の化合物2を細胞増殖抑制効果を有するfumagillol前駆体へと変換するための重要な酵素である。加えて我々の研究グループは世界に先駆けてFumagillinの生合成機構を解明し、fumagillin関連の遺伝子や標品など研究室保有のツールが充実していたこともあり、我々はヒトの細胞に導入する天然物生合成遺伝子をfma-P450とした。

Aspergillus fumigatusが産生するfumagillin (1)はmethionine aminopeptidase 2（MetAP2）を選択的に阻害することで血管内皮細胞の増殖を阻害する極めて強力な血管新生阻害剤である。1の生合成酵素の一つであるFma-P450は、同エポキシ環の形成を担う酸化酵素であり、多段階の酸化反応を経てβ-trans-bergamotene (2)をdehydro-demethoxyfumagillol (3)へと変換する。さらに3は還元酵素であるFma-KRによってdemethoxyfumagillol (4)へ変換されるが、fma-TC及びfma-P450を異種発現させたSaccharomyces cerevisiaeでは、3は宿主の内在性還元酵素によって5-epi-demethoxyfumagillol (5)へ変換される。また、4はA. fumigatus A1159のfma-C6H欠損株から単離した6-demethoxyfumagillin(6)をNaOHで加水分解することも単離することが可能である。Cell counting WST-8を用いた細胞毒性試験では、4で48時間処理したヒト子宮頸がん細胞HeLaでは増殖抑制効果が認められた。また、2はHeLa細胞に対して毒性はなく、それに対し5は濃度依存的にHeLa細胞の増殖を抑制した。すなわち、Fma-P450は無毒の化合物2を細胞増殖抑制効果を有するfumagillol前駆体へと変換するための重要な酵素である。加えて我々の研究グループは世界に先駆けてFumagillinの生合成機構を解明し、fumagillin関連の遺伝子や標品など研究室保有のツールが充実していたこともあり、我々はヒトの細胞に導入する天然物生合成遺伝子をfma-P450とした。