エキセチン生合成における立体選択的なデカリン環形成に関わる新規酵素遺伝子fsa2の発見  [in Japanese] A new enzyme involved in the control of the stereochemistry in the decalin formation during equisetin biosynthesis  [in Japanese]

Access this Article

Abstract

<p>Fusarin Cやequisetin,tenellinといった糸状菌polyketide synthase (PKS)-nonribosomal peptide synthetase (NRPS)ハイブリッド酵素に由来する代謝物は複雑かつユニークな化学構造を有しており,様々な生物活性が報告されている化合物群である.ほぼ同一のドメイン構成を有するにもかかわらず,多様な構造の骨格を産み出すことが出来るその生合成マシナリーに近年,注目が集まっている<sup>1)</sup>.ハイブリッド酵素から放出された生合成中間体は多くの場合,ハイブリッド酵素遺伝子とクラスターを形成している遺伝子がコードしている修飾酵素の作用により,さらに複雑な構造へと変換される.</p><p>Diels-Alder反応は共役ジエンにアルケンが付加してシクロヘキセンが生じる有機化学反応である.Equisetinやchaetoglobosinなど,いくつかの糸状菌PKS-NRPSハイブリッド酵素が関与する生合成経路において,本反応の特徴的な環構造形成への関与が指摘されてきた<sup>2)</sup>.類似のhighly-reducing型PKSが関与するlovastatin,およびsolanapyroneの生合成経路では,Diels-Alder反応を触媒する酵素Diels-Alderaseの関与が実証されている<sup>3, 4)</sup>.Lovastatin nonaketide synthase LovBは,PKSとしてのポリケチド鎖の伸長反応だけでなく,acyl carrier protein (ACP)に結合したhexaketide中間体を基質に,Diels-Alder環化付加反応による立体選択的なデカリン形成も触媒すると提唱されている<sup>3)</sup>.フラビン依存型オキシダーゼであるsolanapyrone synthase Sol5はPKSより放出された産物であるprosolanapyrone IIの酸化とそれに次ぐexo選択的な環化付加反応を触媒し,solanapyrone Aを生成する<sup>4)</sup>.一方で,上述のPKS-NRPSハイブリッド酵素に由来する化合物の生合成経路においては,Diels-Alder反応を担っている酵素遺伝子が存在するか否かについては不明であった.</p><p>本報告では,糸状菌PKS-NRPSハイブリッド酵素に由来する化合物のひとつであるequisetin (1)の生合成経路において,そのデカリン形成におけるDiels-Alder反応を担う新規酵素遺伝子fsa2を発見したので報告する<sup>5)</sup>.</p><p>【Fusarisetin A生合成遺伝子(fsa)クラスター】</p><p>Fusarisetin A (2) はがん細胞の形態形成を阻害する物質として,Fusarium sp. FN080326より単離された,ユニークな5環性の縮合環構造を有する代謝物である<sup>6)</sup>.同じくFusarium属糸状菌より生産される1は,2と共通する基本骨格を有することからその生合成中間体と考えられている.そこで,1および2の生合成経路の解明を目的に生産菌FN080326株のゲノム解読を行った.得られたドラフトゲノム配列を探索したところ,他の糸状菌と同様,多数のPKSやNRPS遺伝子がゲノム中に見つかったが,PKS-NRPSハイブリッド酵素遺伝子は1遺伝子のみであった.その周辺には,transに作用するenoyl reductase(ER)ドメインタンパク質やメチル基転移酵素など,1の生合成への関与が予想される酵素や経路特異的転写活性化因子をコードしている遺伝子が存在していた(Fig. 1).</p><p> </p><p>(View PDFfor the rest of the abstract.)</p>

<p>The Diels-Alder reaction, which is a [4+2] cycloaddition reaction to form a cyclohexene ring by conjugation of a 1,3-diene to a dienophile, is considered to be involved in key processes in a number of secondary metabolite biosynthetic pathways. One of the most well-known examples of enzymatic Diels-Alder reaction is the formation of the core structure of the cholesterol-lowering agent, lovastatin, which is catalyzed by lovastatin nonaketide synthase, LovB. Nevertheless, only few enzymes involved in Diels-Alder cycloadditions have been identified so far.</p><p>Here, we report a new enzyme, Fsa2, which is encoded by the gene in the fusarisetin A biosynthetic gene cluster, involved in the control of the stereochemistry in the decalin formation of equisetin via Diels-Alder reaction. Knockout experiments of fsa2 and the following structural elucidation of metabolites demonstrated that Fsa2 functions as an endo-selective Diels-Alderase in the decalin formation of equisetin. Most of the fsa2 orthologues found in the database are located close to the PKS-NRPS hybrid gene in the fungal genomes, suggesting that the stereocontrolled decalin formation by Fsa2 should be used as a common mechanism in the biosynthetic pathways of fungal tetramic acids containing a decalin ring.</p>

Journal

  • Symposium on the Chemistry of Natural Products, symposium papers

    Symposium on the Chemistry of Natural Products, symposium papers 57(0), PosterP65, 2015

    Symposium on the Chemistry of Natural Products Steering Committee

Codes

Page Top