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テルペン環化酵素に秘められた新規機能を発見研究成果

掲載日:2020年8月7日

テルペノイド化合物は、自然界において最大とも言われる構造多様性を有する天然物の一群です。生物活性を持つ化合物が数多く含まれることから、薬学の観点からも非常に重要とされている化合物群の1つです。その構造多様性は主にテルペン環化酵素によってもたらされ、酵素の環化様式の違いにより基本炭素骨格の多様性が構築されます。
今回、東京大学大学院薬学系研究科の阿部郁朗教授と森貴裕助教、博士課程3年の何海兵大学院生、および、武漢大学のTiangang Liu教授、ペンシルバニア大学のDavid W. Christianson教授らの共同研究グループは、カビ由来テルペン環化酵素の精密機能解析を行い、本酵素がこれまでに知られていなかった芳香環プレニル基転移活性をも併せ持つことを、世界に先駆けて見いだすことに成功しました。さらに、他の微生物や植物由来のテルペン環化酵素が、同様に芳香環プレニル基転移活性を併せ持つことを確認し、この二重性機能が同属酵素に広く保存されていることを明らかにしました。この新奇な機能は、過剰に生産されたインドール基質などの毒性を低減するための防御機構の一つであるとも推測されます。共同研究グループは、機能解析を行った2種類のテルペン環化酵素の立体構造の詳細を解明し、それに基づき変異を導入することで酵素の活性部位に位置するアミノ酸残基の役割と重要性を明らかにしました。これにより、テルペン環化酵素における二重性機能の酵素反応の分子基盤を解明し、生体内防御機構との関連を提唱しました。本成果により、これまでに多くの研究が行われてきたテルペン環化酵素が、いまだ秘められた新たな触媒機能をも併せ持っていたことが判明し、生体内酵素反応がどのように収斂されてきたか、その分子進化プロセスの解明につながることが期待されます。また、さまざまな酵素についても今後同様に触媒反応を詳細に精査することで、これまでに見つかっていない新奇な触媒機能の発見が期待されます。
本研究成果は、2020年8月7日(金)公開のNature Communications誌にオンライン掲載されました。

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図)テルペン環化酵素の反応と結晶構造 ©2020 Ikuro Abe
テルペン環化酵素は環化反応のみならずプレニル基の転移反応を触媒します。

論文情報

Haibing He, Guangkai Bian, Corey J. Herbst-Gervasoni, Takahiro Mori, Stephen A. Shinsky, Anwei Hou, Xin Mu, Minjian Huang, Shu Cheng, Zixin Deng, David W. Christianson, Ikuro Abe, Tiangang Liu, "Discovery of the cryptic function of terpene cyclases as aromatic prenyltransferases," Nature Communications: 2020年8月7日, doi:10.1038/s41467-020-17642-2.
論文へのリンク (掲載誌別ウィンドウで開く)

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