Research projects

Here we proposed to characterize a protein shape(s) of modular polyketide synthases using small-angle X-ray scattering (SAXS), cryo-electron microscopy, and a biochemical assay that has not been applied to modular PKSs. Although biochemical characterization of the structure is still ongoing, our SAXS data indicates that each module of modular PKSs forms a X-shape structure, which challenges the current arched shape model reported in Nature. We will continue to analyze a PKS structure to provide an accurate structural model to our research community.

モジュラーポリケチド合成酵素（モジュラーPKS）は多様な薬剤の基本骨格の生合成を担う巨大なマルチドメイン酵素であり、その機能や構造の解析が盛んに試みられている。しかしタンパク質の分割など大規模な改変を加えていない野生型酵素による試験管内再構成を達成した例は世界でまだ1例しかなく、至適温度、至適pH、至適イオン強度、kcat、KM等の基本的な情報が一般にどんな分布を示すかは明らかになっていない。本研究では、これまで利用されていない非大腸菌タンパク質生産系も併用し、新たに数種類の野生型モジュラーPKSの試験管内再構成およびそれらの生化学的解析を実施する。当該酵素の理解がより一層進めば、モジュラーPKSの機能改変による医薬品アナログ等の開発も飛躍的に進展すると考えられる。第一のモジュラーPKSに関しては、非大腸菌タンパク質生産系を併用することで試験管内再構成にすでに成功している（通常の大腸菌を用いたタンパク質生産系では酵素の活性体を一部取得できなかった）。また、至適温度、至適pH、至適イオン強度、kcat、KM等の解析を現在進めているところである。本成果は未発表であるが、世界で2例目、国内では初の成果となり得る。第二のモジュラーPKSに関しては、プラスミド構築やタンパク質精製など試験管内再構成に向けた準備を行っている段階である。また、本研究計画提出時には記載していなかったが、現在第三の系の再構成の準備も進めている。この第三の系は、モジュラーPKSではなく、モジュラーPKSと非リボソーム型ペプチド合成酵素とのハイブリッドの系である。予備実験の結果、大腸菌を用いた通常のタンパク質生産系では一部酵素の活性体の取得が困難であることが明らかとなった。今後は、我々が保有する非大腸菌タンパク質生産系を活用して、試験管内再構成および生化学的解析を実施する予定である。