天然有機化合物討論会講演要旨集
Online ISSN : 2433-1856
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糸状菌メロテルペノイドの構造複雑化を担う分子基盤の解明
松田 侑大岩渕 大輝脇本 敏幸森 貴裕淡川 孝義阿部 郁朗
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p. Oral31-

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抄録

1. 背景・目的

 メロテルペノイドとは、テルペノイドの部分構造を有する化合物の総称であり、糸状菌からは構造多様性ならびに生物活性に富む多数のメロテルペノイドが報告されている。なかでも3,5-dimethylorsellinic acid (DMOA) に由来するメロテルペノイドにはとりわけ大きな構造多様性が見られるのみならず、特異な分子構造を有する化合物も少なくない(Figure 1)1。これら糸状菌メロテルペノイド生合成機構の網羅的な解明は、新奇な化学反応を担う酵素の発見に繋がるのみならず、生合成経路の組み替えによる新規代謝経路の創出、ひいては新たな創薬リードの獲得などにも応用し得る。我々はすでに種々のDMOA由来化合物の生合成研究に取り組み、terretonin生合成の初期段階、austinol生合成におけるスピロラクトン生成機構の解明、抗腫瘍活性物質andrastin A生合成の全容解明などを報告してきた2-6。本研究では、新たに特異な分子内架橋構造を有するanditominに着目し、その生合成の全容解明を目指した。加えて、引き続きterretoninの生合成研究を実施し、これまで未解明であった生合成後期段階を明らかにするとともに、特徴的な環拡大反応を担う酵素の同定を試みた。

Figure 1. 代表的なDMOA由来メロテルペノイド化合物

2. Anditominの生合成研究

 Anditominならびにその生合成前駆体であるandilesin類は、特徴的な分子内架橋構造を有する化合物であり、このユニークな骨格は分子内Diels-Alder反応を経て生合成されると予想されてきた7。これまでに、種々の標識化合物を用いた生合成研究が行われてきた一方でanditominの生合成遺伝子は全く明らかになっていなかったことから、anditomin生合成遺伝子の探索ならびにその機能解析による、Diels-Alder反応を担う酵素(Diels-Alderase)の探索、ひいては生合成の全容解明を目指すこととした。まず、anditomin生産菌のドラフトゲノムシーケンス解析により、13遺伝子からなる推定生合成遺伝子クラスター(andクラスター)を見出した。本クラスターを精査したところ、5つの遺伝子(andM, K, D, E, B)が生合成の初期段階に関与するものと予想された(Scheme 1)。

Scheme 1. 予想されたanditomin生合成の初期段階

 上記予想生合成経路を実証すべく、これら5つの遺伝子を異種糸状菌Aspergillus oryzae NSAR1株にて発現させたところ、導入遺伝子特異的に順次、化合物1-3ならびに4のエポキシド加水分解体が得られた。しかしながら、5遺伝子導入時特異的に生成した化合物(5)は、当初の予想に反し、五環性の分子骨格を有していた(Scheme 2)。化合物5がanditomin生合成の中間体であるか否かを検討するとともに、anditomin生合成の全容を明らかにすべく、次いで、修飾酵素遺伝子群の機能解析に着手した。化合物5以降の生合成経路を予測することは困難であったため、種々の組み合わせの修飾酵素発現系を構築し、得られた形質転換体に5を投与後、その代謝物を分析することで、各修飾酵素の機能ならびに生合成経路を推定した(Scheme 2)。各生合成中間体の単離、構造決定にあたっては、化合物5の合成に関わる5つの遺伝子も合わせて発現する系(6~11遺

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