共同研究・競争的資金等の研究課題

本研究では、小角X線散乱法（SAXS）やクライオ電顕顕微鏡を利用したモジュラーポリケチド合成酵素（モジュラーPKS）の構造解析に加えて、生化学をベースにした新たな構造解析手法の開発を試みた。生化学的な構造解析手法に関しては現在まだ開発中であるものの、SAXS解析によってNature誌に発表されたアーチ型の構造モデルとは異なるX型の構造を支持する結果が得られた。今後も多角的な視点から引き続き本研究を進め、信頼できるモジュラーPKSの構造を世界に先駆けて提示したい。

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。