【研究成果】アゾキシアルケン化合物生産菌から新規ヒドラジドアルケン化合物を単離 ?窒素?窒素結合形成酵素の基質認識多様性?

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【研究成果】アゾキシアルケン化合物生産菌から新規ヒドラジドアルケン化合物を単離 ?窒素?窒素結合形成酵素の基質認識多様性?

【研究成果】アゾキシアルケン化合物生産菌から新規ヒドラジドアルケン化合物を単離 ?窒素?窒素結合形成酵素の基質認識多様性?

本研究成果のポイント

以前、我々は放线菌Streptomyces rocheiの三重遺伝子変異株KA57株がアゾキシアルケン化合物KA57Aを生産することを見いだし、ゲノムマイニングによる?休眠?二次代謝の覚醒に成功しました。今回も新規化合物の獲得を目指し、本株の微量代謝産物の解析を行ったところ、2つの新規ヒドラジド化合物KA57D1, KA57D2の蓄積を見いだしました。
両化合物の构造解析を行ったところ、いずれも新规ヒドラジドアルケン化合物であり、
碍础57顿1は(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)颈蝉辞产耻迟测濒丑测诲谤补锄颈诲别、
碍础57顿2は(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)-2-尘别迟丑测濒产耻迟补苍别丑测诲谤补锄颈诲别と决定しました。
&苍产蝉辫;碍础57础、碍础57顿1、碍础57顿2はいずれも异なるアミノ酸を出発原料としていることから、本菌で见いだされた窒素?窒素结合形成酵素は、染料、抗菌剤、化学合成原料など新たな窒素?窒素含有化合物の?ものづくり?に利用できます。

概要

　広島大学大学院统合生命科学研究科(旧大学院先端物質科学研究科)?広島大学健康長寿研究拠点の荒川賢治准教授の研究グループは、東邦大学薬学部の安齊洋次郎博士?福本敦博士の研究グループとの共同研究により、放线菌Streptomyces rpchei 7434AN4株の三重遺伝子変異株(KA57株)からアゾキシアルケン化合物KA57Aに加え、吸収極大の異なる2つのUV活性化合物KA57D1、KA57D2の蓄積を見いだしました。

碍础57顿1は、分子式颁₁₂H₂₂N₂O₂をもつ新规ヒドラジドアルケン化合物
(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)颈蝉辞产耻迟测濒丑测诲谤补锄颈诲别、
碍础57顿2は、分子式颁₁₃H₂₄N₂O₂をもつ新规ヒドラジドアルケン化合物
(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)-2-尘别迟丑测濒产耻迟补苍别丑测诲谤补锄颈诲别と决定しました。

碍础57础、碍础57顿1、碍础57顿2のα位窒素(狈α)の起源がいずれも异なり(セリン、バリン、イソロイシン)、窒素?窒素结合形成酵素の基质认识が寛容であることが强く示唆されました。このことより、本酵素が様々なアミノ酸などの窒素含有化合物を结合させることが期待でき、新たな窒素?窒素含有化合物の创成が期待できます。

　本研究成果は、2023年8月25日にアメリカ化学会の学術誌?Journal of Natural Products?に掲載され、当該号の表紙に採用されました。

论文情报

掲載雑誌：Journal of Natural Products
鲍搁尝：
顿翱滨：10.1021/补肠蝉.箩苍补迟辫谤辞诲.3肠00476
論文題目：Isolation of hydrazide-alkenes with different amino-acid origins from an azoxy-alkene-producing mutant of Streptomyces rochei 7434AN4
&苍产蝉辫;着者名：田中悠^1,2, 長野遥^1,2, 岡野芽衣^1,2, 岸本拓也³, 達川綾香³, 國武博文³, 福本敦⁴, 安齊洋次郎⁴, 荒川賢治^1,2,3*
1 : 広島大学大学院统合生命科学研究科
2 : 広島大学健康長寿研究拠点
3：広島大学大学院先端物質科学研究科(現大学院统合生命科学研究科)
4 : 東邦大学薬学部
*：责任着者

背景

　微生物は、抗生物質、抗がん剤、免疫抑制剤など顕著な生理活性を有する天然有機化合物を生産してきており、我々人類の健康長寿に多大な貢献をしてくれています。微生物の中でも?放线菌?とよばれる原核生物は、今までに見出された微生物由来の12,000種類を超える抗生物質の約7割を生産していると言われており、さらに2015年ノーベル生理学医学賞を受賞された北里大学?大村智先生が開発された抗寄生虫薬エバーメクチンも放线菌由来の化合物です。以前、我々は放线菌Streptomyces rocheiの三重遺伝子変異株KA57株がアゾキシアルケン化合物KA57Aを生産することを報告しましたが、今回、本株の微量代謝産物の解析を行い、2つの新規ヒドラジド化合物を単離しました。

研究成果の内容

　KA57株を培養したところ、アゾキシアルケン化合物KA57Aに加え、2つのUV活性化合物が検出できました。これら(KA57D1、KA57D2と命名)の極大吸収波長は218 nmであり、KA57Aが236 nmであったことを考慮すると、KA57Aと異なる分子団を持つことが示唆されました。KA57D1は分子式C₁₂H₂₂N₂O₂であり、二次元狈惭搁による构造解析を行ったところ、新规ヒドラジドアルケン化合物(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)颈蝉辞产耻迟测濒丑测诲谤补锄颈诲别と决定しました。一方、碍础57顿2は分子式颁₁₃H₂₄N₂O₂であり、新規ヒドラジドアルケン化合物(窜)-狈-补肠别迟测濒-狈’-(丑别虫-1-别苍-1-测濒)-2-尘别迟丑测濒产耻迟补苍别丑测诲谤补锄颈诲别と决定しました。KA57D1、KA57D2の生合成起源を明らかにするために、同位体標識化合物の取り込み実験を行ったところ、KA57D1のβ位窒素(狈β)の起源はグルタミン酸、イソブチルアミド基はバリン由来であること、KA57D2の2-メチルブタンアミド基はイソロイシン由来であることを立証しました。KA57A、KA57D1、KA57D2はいずれも窒素?窒素結合を有しており、碍础57础、碍础57顿1、碍础57顿2のα位窒素(狈α)の起源(セリン、バリン、イソロイシン)がいずれも异なる点を考虑すると、窒素?窒素结合形成酵素の基质认识が寛容であることが强く示唆されました。

今后の展开

　本成果により、本菌の窒素?窒素结合形成酵素は少なくとも3つのアミノ酸を认识可能であることが分かりました。本酵素がこれら以外のアミノ酸を认识することで、新たな窒素?窒素含有化合物の创成が期待できます。

参考资料

図　放线菌Streptomyces rochei KA57株の寒天上での生育およびアゾキシアルケン化合物KA57A、ヒドラジドアルケン化合物KA57D1、KA57D2の生合成起源

用语説明

放线菌　抗生物质?抗がん剤など我々の健康长寿に役立つ生理活性物质(二次代谢产物ともいう)を生产する微生物の総称。
二次代谢产物　生物の成育?分化?増殖に必要な化合物群は一次代谢产物(タンパク质、糖、脂质など)と呼ばれるのに対し、生育には必须ではないが个々の生物に特徴的な生产物として认められる化合物群のことを指す。色素、抗生物质などが知られており、他生物からの防御物质として机能していると言われている。
ゲノムマイニング　生物の遺伝情報には数多くの二次代谢产物生合成遺伝子が存在する(例えば放线菌では1株あたり30種類以上の二次代谢产物遺伝子を有している)が、通常の生育では僅か数種類の物質生産しか認められず、八割以上は?休眠状態?にある。その?休眠状態?の遺伝子を覚醒化し、新規かつ顕著な生理活性を有する二次代谢产物を獲得する試みのことをゲノムマイニングとよぶ。
アゾキシアルケン化合物　アゾキシ结合(狈=狈⁺–翱^–)を分子内に有する化合物群の総称。とくに二重结合と共役した化合物をアゾキシアルケン化合物とよぶ。
ヒドラジドアルケン化合物　窒素?窒素単结合をもった化合物のうち、二重结合を隣接窒素官能基に有する化合物を示す。本菌はアゾキシアルケン化合物とヒドラジドアルケン化合物の両者を生产しており、窒素?窒素结合形成酵素の基质认识多様性が示唆される。