[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ポリセオナミド :海綿由来の天然物の生合成

[スポンサーリンク]

海綿由来の天然物 ポリセオナミド polytheonamidesの生合成クラスターがJorn Pielらのグループにより同定され、Science Expressに発表されました。

 

Science Expressは、Science誌掲載予定論文の中から精選された論文のみを電子版で早期に発表するものです。つまり、Science掲載論文の中でも特に素晴らしい論文と言うことです。今回は、なぜこの論文がScience Expressに掲載されたかという理由について解説して行きたいと思います。

 

 

’’Metagenome Mining Reveals Polytheonamides as Posttranslationally Modified Ribosomal Peptides’’

Michael F. Freeman, Cristian Gurgui, Maximilian J. Helf, Brandon I. Morinaka, Agustinus R. Uria, Neil J. Oldham, Hans-Georg Sahl, Shigeki Matsunaga, Jörn Piel

Originally published in Science Express on September 13 2012

DOI: 10.1126/science.1226121

 

ポリセオナミド polytheonamides

 

ポリセオナミドは、分子量5,000を超える直鎖状巨大ポリペプチド化合物です。2004年に東京大学の伏谷•松永らのグループにより単離•構造決定されました。19種類、48残基のアミノ酸から構成され、そのうちの13種類は非タンパク構成アミノ酸です。

さて、みなさんはこの直鎖状ポリペプチドの構造式を見て、ポリセオナミドの三次元構造を想像できるでしょうか?

 

polytheonamide.gif

(図は論文より)

’’Polytheonamides A and B, Highly Cytotoxic, Linear Polypeptides with Unprecedented Structural Features, from the Marine Sponge, Theonella swinhoei’’

Hamada T, Matsunaga S, Yano G, Fusetani N.

J. Am. Chem. Soc., 2005, 127 (1),110–118

DOI: 10.1021/ja045749e

 ポリセオナミドの三次元構造は、2010年に同じく伏谷•松永らのグループにより報告されました。(下左図)ポリセオナミドは、β6,3-ヘリックス構造をとり、脂質二重膜中でイオンチャネルを形成します。(下右図)まさに、これは自然界が作った芸術と言っても良い構造でしょう!直鎖状ポリペプチドの構造式をみてイオンチャネルを形成しているなんて、一体何人の人が予想出来たでしょうか?

polytheonamide 3D structure2.gif

(図は論文より)

Solution Structure of Polytheonamide B, a Highly Cytotoxic Nonribosomal Polypeptide from Marine Sponge

Hamada T, Matsunaga S, Fujiwara M, Fujita K, Hirota H, Schmucki R, Guentert P, Fusetani N., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12941-12945.

DOI: 10.1021/ja104616z

 

ポリセオナミドは、人工のイオンチャネルを形成する点やD-アミノ酸を複数含む点など様々な面において注目を集めていました。

 

 

そんな、注目化合物の生合成が明らかになったのですが、なぜScienceなんでしょうか?

生合成研究なんて、ゲノム読んで、BLASTして、クラスター決めて、破壊株作るだけのルーティンワークでしょ?せいぜいNature Chemical Biology止まり、Nature、Scienceは無理でしょ?と思う方もいるかも知れません。

 

でも、Scienceに載るには理由があるのです!!!

 

 ①予想を覆した!

当初、ポリセオナミドは非リボソーム合成酵素(Nonribosomal peptide synthases; NRPS)によって生合成されていると考えられてきました。過去のポリセオナミド関連の論文も全てNRPS由来と書いています。

しかし、Jorn Pielらは、リボソーム由来のペプチドであると予想し、それを証明しました。これは、すごいことです。というのも、リボソーム由来のペプチドはL体のアミノ酸しか含まないと思われていたからです。ポリセオナミドの生合成では、epimeraseという酵素がL体をD体に変換するのですが、全てのアミノ酸の立体を変えるのではなく、特定の位置のアミノ酸の立体のみを反転させるのです!!!

 

②メタゲノムライブラリーの活用

最近の天然物化学で注目を集めているトピックスのひとつに「真の生産者は誰か?」というものがあります。植物や魚類などから単離されてきた化合物でも、実は共生微生物がその化合物を生産していたという例が報告されています。

 

今回のポリセオナミドは海綿由来。。。海綿は、英語でmarine spongeと言うことからも分かる通り大量の海水、微生物を含んでいます。もはやカオス。どの微生物が生産者かなんて分かりません。

 

従来は、環境中から取ってきた微生物を分離、培養してから研究していましたが、環境中の微生物は培養が難しいものがほとんどです。

 

そこで、分離、培養というステップを省いたメタゲノム解析が用いられました。どの微生物か分からないなら海綿に共生している微生物全てのDNAを取ってきて、そのまま解析すれば良いじゃん!みたいな発想です。簡単に聞こえるかもしれないですが、この海綿からのDNAの抽出はとても難しいステップなのです。

 

③バクテリア由来!

現在まで、海綿由来の天然物は共生微生物が生産しているのではないか?という仮説がありましたが、それを支持するようなものはありませんでした。

今回の論文においてJorn Pielらのグループは、ポリセオナミドが共生バクテリア由来であることが証明されました。この結果は、海綿由来の天然物が共生微生物由来ではないかと言う仮説を支持する初のものです。

 

 

今後について

エンジイン化合物であるC-1027Calicheamicinも2報続けて生合成研究がScienceに載ったことを考えると、海綿由来天然物の生合成研究もあと何報かはNature、Scienceに載るのではないでしょうか?

 

また今後、Pielらのグループからは、ポリセオナミドの生合成遺伝子のengineeringや、各酵素の機能解析で何報か続報が出てくるのではないでしょうか?

また、ポリセオナミドのクラスター内にあるL-アミノ酸をD-アミノ酸に変えるepimeraseの基質特異性について調べたり、t-Bu基をつくるメチル化酵素の反応機構について調べるのも面白そうです。

遺伝子クラスターは宝の山!ひとつクラスターを発見してしまうと数年は研究材料に困らないような感じがします。

 

最後に

海洋天然物は非常に注目を集め、強い生理活性を持つ化合物も多数報告されてきました。しかし、海洋天然物発の医薬品は、まだまだ少ないです。これを機に、海洋天然物の研究が更に加速して行くことを期待しています。

ざっくりした解説になってしまいましたが、詳しくは、論文を読んでください!

 

 

参考文献

’’Metagenome Mining Reveals Polytheonamides as Posttranslationally Modified Ribosomal Peptides’’

Michael F. Freeman, Cristian Gurgui, Maximilian J. Helf, Brandon I. Morinaka, Agustinus R. Uria, Neil J. Oldham, Hans-Georg Sahl, Shigeki Matsunaga, Jörn Piel

Originally published in Science Express on September 13 2012

DOI: 10.1126/science.1226121

 

’’Polytheonamides A and B, Highly Cytotoxic, Linear Polypeptides with Unprecedented Structural Features, from the Marine Sponge, Theonella swinhoei’’

Hamada T, Matsunaga S, Yano G, Fusetani N.

J. Am. Chem. Soc., 2005, 127 (1),110–118

DOI: 10.1021/ja045749e

 

Solution Structure of Polytheonamide B, a Highly Cytotoxic Nonribosomal Polypeptide from Marine Sponge

Hamada T, Matsunaga S, Fujiwara M, Fujita K, Hirota H, Schmucki R, Guentert P, Fusetani N.

J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12941-12945.

DOI: 10.1021/ja104616z

 

 

’’Total synthesis of the large non-ribosomal peptide polytheonamide B’’

Inoue, M.; Shinohara, N.; Tanabe, S.; Takahashi, T.; Okura, K.; Itoh, H.; Mizoguchi, Y.; Iida, M.; Lee, N.; Matsuoka, S. Nature Chem. 2010, 2, 280-285., DOI: 10.1038/NCHEM.554

ゼロ

ゼロ

投稿者の記事一覧

女の子。研究所勤務。趣味は読書とハイキング ♪
ハンドルネームは村上龍の「愛と幻想のファシズム」の登場人物にちなんでま〜す。5 分後の世界、ヒュウガ・ウイルスも好き!

関連記事

  1. 留学せずに英語をマスターできるかやってみた(7年目)(留学後編)…
  2. 君はPHOZONを知っているか?
  3. Reaxys Prize 2012ファイナリスト45名発表!
  4. ポルフィリン中心金属の違いが薄膜構造を変える~配位結合を利用した…
  5. 化学系必見!博物館特集 野辺山天文台編~HC11Nってどんな分子…
  6. 硫黄配位子に安定化されたカルボンの合成
  7. 2010年イグノーベル賞決定!
  8. 二段励起型可視光レドックス触媒を用いる還元反応

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 兄貴達と化学物質
  2. モリブデンのチカラでニトロ化合物から二級アミンをつくる
  3. 今年は共有結合100周年ールイスの構造式の物語
  4. p-メトキシベンジル保護基 p-Methoxybenzyl (PMB) Protective Group
  5. 半導体で水から水素 クリーンエネルギーに利用
  6. 生体医用イメージングを志向した第二近赤外光(NIR-II)色素:③その他の材料
  7. 開催間近!ケムステも出るサイエンスアゴラ2013
  8. ホウ素-ジカルボニル錯体
  9. ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2020年版】
  10. 有機合成化学協会誌2018年11月号:オープンアクセス・英文号!

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2012年10月
« 9月   11月 »
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

注目情報

最新記事

創薬における中分子

ここ10年の間で、低分子・高分子の間の化合物の分類として 中分子 という言葉が台頭し…

ポンコツ博士の海外奮闘録⑦〜博士,鍵反応を仕込む〜

ポンコツシリーズ一覧国内編:1話・2話・3話国内外伝:1話・2話・留学TiPs海外編:1…

強酸を用いた従来法を塗り替える!アルケンのヒドロアルコキシ化反応の開発

第 382回のスポットライトリサーチは、金沢大学大学院 医薬保健総合研究科 創薬科学…

ドラえもん探究ワールド 身近にいっぱい!おどろきの化学

概要「化学」への興味の芽を育むマンガ+解説書 子ども(大人も)の毎日は、「化学」とのお付き合…

データ駆動型R&D組織の実現に向けた、MIを組織的に定着させる3ステップ

開催日:2022/05/25 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

薬剤師国家試験にチャレンジ!【有機化学編その1】

2022.5.21 追記: 問3の構造式を再度訂正しました。2022.5.2…

化学知識の源、化学同人と東京化学同人

化学の専門家なら化学同人と東京化学同人の教科書や参考書を必ず一冊は購入したことがあると思います。この…

天才プログラマー タンメイが教えるJulia超入門

概要使いやすさと実行速度を兼ね備えた注目のプログラミング言語Julia.世界の天才プ…

【Spiber】新卒・中途採用情報

【会社が求める人物像】私たちの理念や取り組みに共感し、「人を大切にする」とい…

飲むノミ・マダニ除虫薬のはなし

Tshozoです。先日TVを眺めていて「かわいいワンちゃんの体をダニとノミから守るためにお薬を飲ませ…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP