生合成酵素を用いた非天然型新規化合物の構築ライブラリーの構築

使用生物合成酶构建新的非天然化合物库

基本信息

批准号：
07F07048
负责人：
阿部郁朗
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Shizuoka
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07F07048/
关键词：
ポリケタイド生合成酵素遺伝子生合成工学

项目摘要

植物に普遍的に存在するフラボノイドから,赤ワインのボリフェノール,ウコンのクルクミンに至るまで、多様な化学構造と生物活性を示す一連の化合物の基本骨格を構築する植物由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS)が示す最大の特徴の一つに,その広範な基質特異性と触媒ポテンシャルが挙げられる.これら酵素は,「反応の立体化学が厳密に制御された精巧な酵素システム」であるとは言い難く,むしろ「単純なアシル基転移による炭素鎖伸長マシン」と捉えるのが適当かもしれない.従って,こうした基質特異性の寛容さと触媒能力を活用し,一連の人工基質を作用させることにより,非天然型新規化合物の効率的な生産が可能になる.今回,本来8分子のマロニルCoAの縮合反応を触媒するキダチアロエ(Aloe arborescens)由来オクタケタイド合成酵素(OKS)に,クマロイルCoAとマロニルCoAを同時に基質として作用させることにより,それぞれクマロイルCoAに5分子あるいは6分子のマロニルCoAが縮合した非天然型新規C_<21>カルコン及びC_<19>スチルベン骨格の生成に成功した.また,非天然型C_<21>カルコンの生成量は,結晶構造に基づき活性中心キャビティを拡大したN222G点変異酵素において飛躍的に増大した.一方,ヘテロ芳香環など一連の含窒素人工基質を合成し,機能の異なるIII型PKSに作用させることにより,アルカロイド骨格の酵素合成を試みた.窒素の塩基としての性質が,活性部位との相互作用やポリケタイド鎖伸長反応などに対し影響を与えることで,在来見られない骨格を有する化合物の生産が期待された.各種CoAチオエステルを伸長基質マロニルCoAとともに,トウゲシバ(Huperzia serrata)由来カルコン合成酵素などに作用させ,これまでに数種の非天然型新規アルカロイド骨格の創出に成功した.

植物源性聚酮合酶 (PKS) 构成了一系列具有不同化学结构和生物活性的化合物的基本框架，从植物中普遍存在的黄酮类化合物到红酒中的多酚和姜黄中的姜黄素，这是姜黄中最重要的特征之一。这些酶的优势在于其广泛的底物特异性和催化潜力。很难说它是一个“复杂的酶系统”，但将其视为“使用简单的酰基转移的碳链延伸机器”可能更合适，通过使用人工底物，它变得可能。高效生产新的非天然化合物。这次，我们研究了芦荟芦荟，它最初催化8个丙二酰辅酶A分子的缩合反应。通过使香豆酰辅酶A和丙二酰辅酶A同时作为源自木立树的八酮合酶(OKS)的底物，将5或6分子的丙二酰辅酶A分别添加至香豆酰辅酶A。我们通过N222G点突变酶的缩合成功生产了一种新的非天然C_<21>查耳酮和C_<19>二苯乙烯骨架另一方面，我们尝试通过合成一系列含氮人工底物，如杂芳环，并让它们作用于具有不同功能的III型PKS，来酶法合成生物碱骨架。氮作为碱基的性质是活性位点和预计可以通过影响聚酮化合物和聚酮化合物链延长反应的相互作用来生产过去未见过的具有骨架的化合物。到目前为止，我们已经通过作用于锯缘齿叶藻中的查尔酮合酶，成功创建了几种新的非天然生物碱骨架。