Elucidation of molecular basis of Streptomyces signaling-molecule-dependent regulatory pathway and activation of silent secondary metabolite biosynthetic genes

阐明链霉菌信号分子依赖性调控途径的分子基础和沉默次级代谢产物生物合成基因的激活

• 批准号: 22H02274
• 负责人: 荒川 賢治
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02274/
• 关键词: シグナル分子; 二次代謝生合成; ゲノムマイニング; 放線菌; 制御カスケード; 二次代謝産物; 生合成; 制御遺伝子

本研究課題は、放線菌シグナル分子の誘導因子としての分子基盤の解明および汎用的二次代謝覚醒手法の開発を行う。まず、ブテノライド型シグナル分子生合成について、遺伝子破壊や標識化合物などを用いて明らかにする。次いで、SRB 受容体ホモログの相同性解析や遺伝子破壊を行い、ブテノライド型分子の認識残基などの構造情報や二次代謝誘導との相関性を解明する。そして高い相同性を有する放線菌ライブラリーから優先的に「シグナル分子 SRB の添加による休眠二次代謝覚醒」に取り組み、新規ゲノムマイニング手法の確立を目指す。2022年度は以下の課題を中心に展開した。「シグナル分子制御系の分子基盤の解明（受容体の共通性・相違性）」制御遺伝子群の多重遺伝子変異および強制発現による代謝プロファイルの変化を解析したところ、アクティベーターsrrYとリプレッサーsrrCの二重変異株で著量のγ-ブチロラクトン化合物の蓄積を見いだした。さらに、染色体上にコードされたSARP型アクティベーターを強制発現したところ、アゾキシアルケン化合物KA57-Aの蓄積を見いだした。「SRB型シグナル分子による休眠二次代謝遺伝子の発現誘導」放線菌にはシグナル分子合成酵素よりも過剰に受容体ホモログが存在しており、他のシグナル分子を認識する可能性が示唆された。本課題では、二次代謝誘導における SRB の汎用性を見いだすべく、各種単離株に対してSRB を添加し、非添加サンプルとの比較代謝プロファイル解析を行った。薄層クロマトグラフィー(TLC)および高速液体クロマトグラフィー (HPLC)で比較解析したところ、105株中27株において代謝変動を確認出来た。SRBにより誘導生産された二次代謝産物は、通常非生産である可能性が高いため、その構造・活性新規性が大いに期待できる。

该研究项目将阐明放线菌信号分子作为诱导剂的分子基础，并开发一种唤醒次级代谢的通用方法。首先，我们将利用基因破坏和标记化合物来阐明丁烯酸内酯型信号分子的生物合成。接下来，我们将对SRB受体同源物进行同源性分析和基因破坏，以阐明丁烯酸内酯型分子的识别残基等结构信息及其与二次代谢诱导的相关性。接下来我们将优先从同源性较高的放线菌文库中进行“通过添加信号分子SRB来唤醒休眠的次生代谢”的研究，旨在建立一种新的基因组挖掘方法。 2022年，重点关注以下问题。 “阐明信号分子控制系统的分子基础（受体的共性/差异）”通过分析多基因突变和调控基因组强制表达引起的代谢谱变化，我们发现激活子 srrY 和阻遏子 srrC突变菌株中积累了大量的γ-丁内酯化合物。此外，当我们强制表达染色体上编码的SARP型激活剂时，我们发现氧化偶氮烯化合物KA57-A积累起来。 “SRB型信号分子诱导休眠次级代谢基因的表达”放线菌比信号分子合酶具有更多的受体同源物，这表明识别其他信号分子的可能性。在本项目中，为了发现SRB在诱导次生代谢方面的多功能性，将SRB添加到各种分离菌株中，并与未添加的样品进行比较代谢谱分析。使用薄层色谱 (TLC) 和高效液相色谱 (HPLC) 进行的比较分析揭示了 105 株菌株中 27 株的代谢变化。由于 SRB 诱导和产生的次级代谢产物可能不会在正常情况下产生，因此它们的新颖结构和活性备受期待。

项目成果

Chemoenzymatic synthesis and computational investigation of lankacidin derivatives for the improvement of antitumor activity

兰卡西丁衍生物的化学酶合成和计算研究，用于提高抗肿瘤活性

• 发表时间: 2023
• 作者: Rukman Muslimin;Natsumi Nishiura;Aiko Teshima;Hiroyuki Morita;Ahmed T. Ayoub;Kenji Arakawa
• 通讯作者: Kenji Arakawa

Streptomyces rochei 7434AN4株の制御遺伝子変異株に見いだされたガンマブチロラクトン化合物の解析

罗氏链霉菌 7434AN4 菌株调控基因突变体中发现的 γ-丁内酯化合物分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 見崎 裕也;高橋 譲;原 圭佑;立野 智資;荒川 賢治
• 通讯作者: 荒川 賢治

Isolation, Biosynthetic Investigation, and Biological Evaluation of Maniwamycin G, an Azoxyalkene Compound from Streptomyces sp. TOHO-M025

马尼瓦霉素 G（一种来自链霉菌属的氧化烯化合物）的分离、生物合成研究和生物学评价。

• DOI: 10.1021/acs.jnatprod.2c00131
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Natural Products
• 影响因子: 5.1
• 作者: Tatsukawa Ayaka;Tanaka Yu;Nagano Haruka;Fukumoto Atsushi;Anzai Yojiro;Arakawa Kenji
• 通讯作者: Arakawa Kenji

転写活性化因子の強制発現により生産誘導されたエナミド化合物の解析

转录激活剂强制表达产生的烯酰胺化合物的分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Masayuki Kishino;Norihisa Akamatsu;Ryo Taguchi;Shoichi Kubo;Kyohei Hisano;Osamu Tsutsumi;Atsushi Shishido;見崎裕也
• 通讯作者: 見崎裕也

Functional analysis of P450 monooxygenase SrrO in the biosynthesis of Streptomyces rochei butenolides, SRBs, and their inducing activity for secondary metabolites production

P450 单加氧酶 SrrO 在罗氏链霉菌丁烯内酯、SRB 生物合成中的功能分析及其次级代谢产物产生的诱导活性

• 发表时间: 2023
• 作者: Asahi Hirata;Aiko Teshima;Nozomi Hadae;Naoto Tsuda;Kenji Arakawa
• 通讯作者: Kenji Arakawa