ヌクレオシドハイブリッド抗真菌性化合物jawsamycinの生合成

351

化学と生物 Vol. 53, No. 6, 2015

ポリケチド – ヌクレオシドハイブリッド抗真菌性化合物 jawsamycin の生合成

Unusual iterative PKS と radical SAM enzyme によるポリシクロプロパン骨格の構築

Jawsamycin （FR-900848, 1） （図1_{a）は放線菌}  HP-891により生産される二次代謝 産物で，植物病原菌に対する強い抗真菌活性をもつこと が知られている⁽¹⁾．生理活性もさることながら目を引か れるのは脂肪酸部の立体配置が同一の連続したシクロプ ロパン構造である．JAWSamycinの名は，この構造が サメの歯のように見えるため現場の研究者が使っていた 愛称である．一つのシクロプロパン環をもつ生理活性物 質としてはduocarmycin類（抗腫瘍活性）やpyrethrin 類（殺虫活性），curacin A（有糸分裂阻害活性）などが 知られているが，ポリシクロプロパン構造をもつ化合物 は 極 め て 珍 し く，1の ほ か に は  sp. UC- 11136の生産するコレステロールエステル輸送タンパク 質阻害物質U-106305（2）（図1b）が唯一報告されてい る．また1の特異な構造は生化学者のみならず有機合成 化学者からも注目され，1996年には2つのグループによ り全合成が達成された⁽²⁾．一方で生合成機構について は，各種安定同位体の取り込み実験より，1の核酸部は uridineに 由 来 し，脂 肪 酸 部 は ポ リ ケ チ ド 合 成 酵 素

（PKS）により合成され，シクロプロパン骨格のメチレ ン炭素は -adenosyl-^L-methionine（SAM）由来である ことが示されていたが^(3, 4)，具体的な機構は未解明のま まであった．

また，1のもつ抗真菌活性の作用機構は明らかにされ ていないが，やはりその活性には特徴的な脂肪酸部が重 要な役割をもつと予想される．丸山らは

の生産する抗生物質streptothricinの生合成 機構を解明し，β-リジンペプチド鎖の長さを制御するこ とでその抗菌スペクトルの改変に成功している⁽⁵⁾．1に おいてもシクロプロパン導入制御を明らかにすること で，シクロプロパン導入数や位置をコントロールし，そ の生理活性を変化させることができると考えた．さらに PKSにより生合成されるポリエン型天然物の生合成経 路にシクロプロパン導入酵素を組み込んで改変した生合 成マシナリーの構築により，既知化合物をポリシクロプ ロパン化し新たな生理活性を賦与することも可能になる と考えた．

そこで筆者らは生合成機構の解明を目標とし，1の生 合成遺伝子（ ）クラスターの同定を試みた．当初1 の脂肪酸部はその不規則なシクロプロパン導入パターン からモジュラー型PKSが関与すると考え，PCRスク リーニングを行ったが不成功に終わった．次に最近の関 連 研 究 か ら，1の 生 合 成 に はuridine monophosphate

（UMP）修飾酵素の関与が示唆されたため⁽²⁾，生産菌ゲ ノムDNAデータを取得し，それら酵素およびPKSに相 同な遺伝子を含むクラスターを選抜した．この遺伝子ク

図1^■ポリシクロプロパン型天然物の生 合成

（a）Jawsamycin予 想 生 合 成 経 路．（b）

U-106305構 造 式．（c）Jawsamycin生 合 成遺伝子クラスター．

今日の話題

352 化学と生物 Vol. 53, No. 6, 2015

ラ ス タ ー に は， ,  （UMP修 飾） の ほ か に，

（radical SAM酵素，シクロプロパン導入），

（アシル基転位，脂肪酸部と核酸部の縮合）などの予想 機能をもつ遺伝子も含まれていた⁽²⁾（図1c）．興味深い のは，予想したモジュラー型PKS遺伝子ではない

（iterative PKS, KS-AT-DH-ACP）の存在であり，さら に通常モジュール内に組み込まれているべき （ケ トレダクテース，KR）が独立していたことである．こ の場合，ポリケチド鎖の合成においてKRがモジュール 外から関与するということになるが，そのようなitera- tive PKSはこれまでに報告がない．

次に を宿主として選抜遺伝子ク

ラスターの異種発現を行った結果，形質転換株による1 の生産が確認された．続く遺伝子破壊実験や , 

における各酵素の機能解析では，UMP修飾やアシ ル基転位などが確認されたことから，図1aに示す1予想 生合成経路を提唱した．特に，精製His6-Jaw2を用いた 5′-amino-5′-deoxyuridine（3）および各種アシルCoA（基 質脂肪酸ミミック）の縮合反応では，1の脂肪酸部と同 鎖長のC18-CoAを用いた際に最も高い活性が検出され，

さらに短鎖長のアシルCoAに対しても一定の活性が  確認された（C8〜16-CoAにおいてC18-CoAの14〜45％）． この結果は遺伝子組換えなどによる1の短鎖脂肪酸誘導 体の生産の可能性を予感させる．また， ,  ,  ,  導 入 へ の3の 投 与 実 験 に お い て はdehydro- jawsamycinの生産が確認された．Jaw2は核酸部‒脂肪 酸部の縮合反応を行うため，これはシクロプロパンが導 入された脂肪酸がJaw4, 5, 6により合成されるという明 確な証拠であり，シクロプロパンの導入制御もJaw4, 5,  6により行われていることを意味する．シクロプロパン 化はJaw5が触媒することが支持されるが，その場合，

Jaw4, 6により合成されたポリエンを一挙にポリシクロ プロパン化する経路（path A），またはJaw4, 6と共同 し脂肪酸を伸長しつつ段階的にシクロプロパンを導入す る経路（path B）が考えられる．これは，同位体ラベ ルSNAC diketideアナログ（4）がエナンチオマー選択 的に1に取り込まれるという結果に加え⁽⁶⁾，  破壊異 種発現株において1のシクロプロパン未導入アナログの 生産が確認されないことから，path Bが有力と考える．

さて1および2の脂肪酸部を比較すると，2番目と8番 目の伸長単位が共通してシクロプロパンが導入されてい ないことに気づく．そこには同様の制御機構が作用する

と思われるが，まだ十分な知見が得られていない．しか し，一般的なiterative PKSにおいて本来モジュール内 に組み込まれているKRドメインが独立し，さらにradi- cal SAM酵素が加わった三者のタンパク質間相互作用 にこそシクロプロパン導入制御の秘密があると推測され る．Iterative PKS, radical SAM酵素はともに扱いが難 しく，制御の解明は簡単ではない．だがjawsamaycin  PKS群の詳細な生合成機構の解析は関連化合物の多様 性の創出につながるため，大きな意義があると考えてい る．

  1)  M.  Yoshida,  M.  Ezaki,  M.  Hashimoto,  M.  Yamashita,  N. 

Shigematsu, M. Okuhara, M. Kohsaka & K. Horikoshi: 

, 43, 748 (1990).

  2)  T. Hiratsuka, H. Suzuki, R. Kariya, T. Seo, A. Minami & 

H. Oikawa:  , 19, 5423 (2014).

  3)  M. S. Kuo, R. J. Zielinski, J. I. Cialdella, C. K. Marschke,  M. J. Dupuis, G. P. Li, D. A. Kloosterman, C. H. Spilman 

& V. P. Marshall:  , 117, 10629 (1995).

  4)  H.  Watanabe,  T.  Tokiwano  &  H.  Oikawa: 

, 47, 1399 (2006).

  5)  C.  Maruyama,  J.  Toyoda,  Y.  Kato,  M.  Izumikawa,  M. 

Takagi, K. Shin-ya, H. Katano, T. Utagawa & Y. Hamano: 

, 8, 791 (2012).

  6)  T. Tokiwano, H. Watanabe, T. Seo & H. Oikawa: 

 (Camb.), 45, 6016 (2008).

（平塚知成*¹_{，及川英秋}*²，*¹ _{理化学研究所，}*² _北海道 大学）

プロフィル

平塚 知成（Tomoshige HIRATSUKA）

＜略歴＞2009年富山県立大学大学院工学 研究科生物工学専攻博士課程修了／同年 コーネル大学化学科博士研究員／同年テキ サスA&M大学化学科博士研究員／2011年 北海道大学大学院理学研究院化学部門博士 研究員／2014年理化学研究所ケミカルゲ ノミクス研究グループ特別研究員＜研究 テーマと抱負＞天然物創薬，抗生物質の作 用機構の解明，化学構造の改変による抗菌 スペクトルの改良＜趣味＞ハオルチア，メ センの栽培＜所属研究室ホームページ＞

http://www.riken.jp/research/labs/csrs/

chem̲genom/

今日の話題

353

化学と生物 Vol. 53, No. 6, 2015

及川 英秋（Hideaki OIKAWA）

＜略歴＞1984年北海道大学大学院農学研 究科博士課程修了／同年ブラウン大学化学 科博士研究員／1985年理化学研究所抗生 物質研究室博士研究員／1986年北海道大 学農学部農芸化学科助手／1999年同大学 大学院農学研究科応用生命科学専攻助教 授／2003年同大学大学院理学研究科化学 専攻教授＜研究テーマと抱負＞微生物代謝 産物の全生合成経路の解析と物質生産， 

ゲノム上に眠っている天然物の設計図を 使った物質生産，生物は何のために大きな コストを払って天然物を生産するのかを知 ること＜趣味＞スポーツ観戦，山歩き＜所 属研究室ホームページ＞http://barato.sci.

hokudai.ac.jp/~yuhan/

Copyright © 2015 公益社団法人日本農芸化学会

今日の話題