薬学部生薬学分野の渡辺賢二教授と生命物理化学分野の橋本博教授らは、ヘモシアニンに似た酵素が二次代謝物の生合成に関わり、これまで不明であった天然有機化合物「ビリジカチン」類の生合成経路において、その化学構造に含まれる「キノロン骨格」が、一つの酵素による連続的な作用により形作られることを世界で初めて明らかにしました。これら発見した酵素を人工的に改変することで、将来的には有機化合物の構造を自在に変換できる触媒を創製することが期待されます。

「キノロンアルカロイド」類は抗菌、抗ウイルス、抗マラリアおよび抗腫瘍といった多くの有用な生物活性を示すことが知られ、また、これらの天然有機化合物は様々な生物種から単離されてきました。中でも「ビリジカチン」類は、その化学構造中に特異な6,6-キノロン骨格を有するため、これらが一体どのように作られるのか興味が持たれていました。本研究では、そのビリジカチンの構造中に含まれる6,6-キノロン骨格について、ヘモシアニンに似たシクロペナーゼという酵素が持つ亜鉛結合ドメイン中において基質シクロペニンのカルボニル酸素とエポキシドに亜鉛イオンが配位して活性化し、脱芳香化して新たな6員環がまず形成されることを明らかにしました。続いてメチルイソシアネートが脱離して再芳香化が起きた後、ケトエノール互変異性によりビリジカチンが生成するという反応機構を突き止めました。本来昆虫などが酸素運搬に利用するヘモシアニンが微生物にも存在し、一般にヘモシアニンでは銅である金属原子が亜鉛に置き換わって、酸素運搬ではなくキノロン骨格形成反応を触媒することを明らかにしました。今後、こういった酵素群を調べることでこれまでにない新しい触媒機能の発見が期待されます。

本成果は、本学薬学部生薬学分野の渡辺賢二教授、岸本信治特任助教、平山裕一郎特任助教、生命物理化学分野の橋本博教授、原幸大助教、および米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA) のKen Houk教授、Yi Tang 教授による文部科学省新学術領域研究（研究提案型）平成28～32年度「生合成リデザイン」プログラムによる国際共同研究の成果です。科学分野において権威のある国際科学雑誌『Nature Communications』(Impact Factor: 12.124) 電子版に7月20日付けで掲載されました。

〈掲載された論文〉
Enzymatic one-step ring contraction for quinolone biosynthesis
Shinji Kishimoto, Kodai Hara, Hiroshi Hashimoto, Yuichiro Hirayama, Pier Alexandre Champagne, Kendall N. Houk, Yi Tang, Kenji Watanabe

【関連リンク】
『Nature Communications』電子版
Enzymatic one-step ring contraction for quinolone biosynthesis
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（2018年7月20日）