JP2012065578A - Production of tricyclic non-natural type alkaloid using vegetable polyketide synthase - Google Patents

Production of tricyclic non-natural type alkaloid using vegetable polyketide synthase Download PDF

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Ikuro Abe
郁朗 阿部
Toshiyuki Wakimoto
敏幸 脇本
Hiroyuki Morita
洋行 森田
Makoto Yamashita
誠 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means to make a complicated alkaloid skeleton efficiently and at once under the clean and mild conditions and under the ordinary temperature and normal pressure.SOLUTION: A compound expressed by formula (I) (the definition of substituents in the formula is given in the specification) or its salt is disclosed. A method of producing the compound expressed by the formula (I) includes a process in which a mutation III type polyketide synthase is used as a catalyst, and thereby the condensation reaction of a 2-carbamoyl benzoyl CoA derivative and a malonyl-CoA derivative is carried out.

Description

本発明は、植物由来のポリケタイド合成酵素の変異酵素および当該酵素を用いた新規化合物の製造に関する。   The present invention relates to a plant-derived polyketide synthase mutant enzyme and production of a novel compound using the enzyme.

天然物の基本骨格を構築する二次代謝酵素の中には,活性部位の微妙な構造の違いで反応様式が大きく変化するものがあり、これが天然物の分子多様性を生み出す大きな要因の一つとなっている。一方、一般に酵素の基質特異性は厳密で自由度が低いものとされているが、植物ポリフェノールの基本骨格を構築するIII型ポリケタイド合成酵素(PKS)が示す広範な基質特異性と触媒能力は特筆に値する(非特許文献1−3)。これらは、反応の立体化学が厳密に制御された「精巧な酵素システム」であるとは言い難く、むしろ単純なアシル基転移の繰り返しによる「炭素鎖伸長マシン」と捉えることができる。   Some of the secondary metabolic enzymes that make up the basic skeleton of natural products change their reaction patterns greatly due to subtle differences in the structure of the active site, and this is one of the major factors generating the molecular diversity of natural products. It has become. On the other hand, the substrate specificity of enzymes is generally strict and the degree of freedom is low, but the wide substrate specificity and catalytic ability of type III polyketide synthase (PKS) that constructs the basic skeleton of plant polyphenols is notable. (Non-Patent Documents 1-3). These cannot be said to be “exquisite enzyme systems” in which the stereochemistry of the reaction is strictly controlled, but rather can be regarded as “carbon chain elongation machines” by simple repeated acyl group transfer.

本発明者らは、トウゲシバ(Huperzia serrata)から新規III型ポリケタイド合成酵素(PKS1)をクローニングすることに成功し、当該酵素が広範な基質特異性と触媒能力を有することを報告している(非特許文献4)。   The inventors have succeeded in cloning a novel type III polyketide synthase (PKS1) from Huperzia serrata and have reported that the enzyme has a wide range of substrate specificities and catalytic ability (non- Patent Document 4).

化学合成法による医薬品シードの開発には、強酸または強塩基条件下、金属触媒を用いるなど、過酷な条件も必要であり、しかも保護・脱保護または官能基変換の繰り返しなどの複雑な工程を必要とする。本発明者らがクローニングした上記PKS1は、アクリドン骨格を有する3環性アルカロイド(非特許文献4)または6−5−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド(図1B)を生成することができる。一方、III型PKSを用いて、より複雑な6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを生成することは不可能であった。   Development of pharmaceutical seeds by chemical synthesis requires harsh conditions such as the use of metal catalysts under strong acid or base conditions, and complicated processes such as repeated protection / deprotection or functional group transformation. And The PKS1 cloned by the present inventors can generate a tricyclic alkaloid having an acridone skeleton (Non-patent Document 4) or a tricyclic alkaloid having a 6-5-6 condensed ring structure (FIG. 1B). . On the other hand, it was impossible to produce a tricyclic alkaloid having a more complicated 6-7-6 condensed ring structure using type III PKS.

Abe, I., Morita, H., Nat. Prod. Rep., 27, 809-838 (2010)Abe, I., Morita, H., Nat. Prod. Rep., 27, 809-838 (2010) Abe, I., Topics in Current Chemistry, 2010, 1-22, DOI: 10.1007/128_2009_22Abe, I., Topics in Current Chemistry, 2010, 1-22, DOI: 10.1007 / 128_2009_22 Abe, I. et al., J. Am. Chem. Soc. 122, 11242 (2000)Abe, I. et al., J. Am. Chem. Soc. 122, 11242 (2000) Wanibuchi, K. et al., FEBS Journal 274, 1073-1082 (2007)Wanibuchi, K. et al., FEBS Journal 274, 1073-1082 (2007)

常温常圧下、クリーンかつマイルドな条件下で複雑なアルカロイド骨格を一挙に効率的に構築する手段を提供することにある。   The object is to provide a means for efficiently and efficiently constructing a complex alkaloid skeleton at room temperature and normal pressure under clean and mild conditions.

本発明者らは、III型ポリケタイド合成酵素の立体構造を鋭意研究し、野生型酵素の1アミノ酸置換変異体を創出した。創出された変異酵素は、野生型の基質特異性をさらに拡張し、より複雑なアルカロイド骨格を有する化合物を生成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have intensively studied the three-dimensional structure of type III polyketide synthase and created a single amino acid substitution mutant of the wild type enzyme. It has been found that the created mutant enzyme can further expand the wild-type substrate specificity and generate a compound having a more complex alkaloid skeleton, and has completed the present invention.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔1〕 式(I):
That is, the present invention is as follows.
[1] Formula (I):

(式中、
、R、RおよびRは同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を、
は水素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C3−6シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基またはアシル基を、
は同一または異なって、水素原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示し、
さらに、R、R、RまたはRが結合する炭素原子の位置に窒素原子が導入されていてもよい。)で表される化合物またはその塩。
〔2〕 R、R、RおよびRが水素原子、Rが水素原子ならびにRが水素原子である前記〔1〕記載の化合物またはその塩。
〔3〕 変異III型ポリケタイド合成酵素を触媒として用いて、下記式:
(Where
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
R 5 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, a C 3-6 cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group or an acyl group,
R 6 is the same or different and represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
Furthermore, a nitrogen atom may be introduced at the position of the carbon atom to which R 1 , R 2 , R 3 or R 4 is bonded. Or a salt thereof.
[2] The compound or a salt thereof according to the above [1], wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, R 5 is a hydrogen atom and R 6 is a hydrogen atom.
[3] Using a mutant type III polyketide synthase as a catalyst, the following formula:

(式中、
、R、RおよびRは同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を、
は水素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C3−6シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基またはアシル基を示し、
さらに、C−R、C−R、C−RまたはC−R結合が窒素原子に置換されていてもよい。)で表される2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体と、下記式:
(Where
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
R 5 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, a C 3-6 cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group or an acyl group,
Furthermore, the C—R 1 , C—R 2 , C—R 3 or C—R 4 bond may be substituted with a nitrogen atom. 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative represented by the following formula:

(式中、Rは水素原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示す。)で表されるマロニルCoA誘導体とを縮合反応させる工程を含む、前記〔1〕または〔2〕に記載の化合物の製造方法。
〔4〕 変異III型ポリケタイド合成酵素が野生型III型ポリケタイド合成酵素の活性中心キャビティを構成するセリン残基からグリシンまたはアラニン残基への点変異酵素である、前記〔3〕に記載の製造方法。
〔5〕 野生型III型ポリケタイド合成酵素がHuperzia serrata由来野生型III型ポリケタイド合成酵素である、前記〔4〕に記載の製造方法。
〔6〕 下記(A1)〜(A3)のアミノ酸配列を含む、変異III型ポリケタイド合成酵素:
(A1)配列番号2のアミノ酸配列;
(A2)配列番号3のアミノ酸配列;または
(A3)上記(A1)または(A2)のいずれかのアミノ酸配列の348位以外の位置において、さらに1〜数個のアミノ酸が置換、欠失または付加の変異が導入されてなるアミノ酸配列であって、当該変異導入後のアミノ酸配列からなるタンパク質が6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有するアミノ酸配列。
〔7〕 前記〔3〕〜〔6〕いずれかに記載の変異III型ポリケタイド合成酵素をコードする遺伝子。
〔8〕 下記(B1)〜(B3)のポリヌクレオチドを含む、前記〔7〕に記載の遺伝子:
(B1)配列番号5の塩基配列からなるポリヌクレオチド;
(B2)配列番号6の塩基配列からなるポリヌクレオチド;または
(B3)上記(B1)または(B2)のいずれかの塩基配列と70%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるポリヌクレオチドからなり、かつ6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有する酵素をコードするポリヌクレオチド。
〔9〕 前記〔7〕または〔8〕に記載の遺伝子を含有する組換えベクター。
〔10〕 前記〔9〕に記載の組換えベクターを導入してなる形質転換体。
(Wherein R 6 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group), and a step of subjecting it to a condensation reaction with a malonyl CoA derivative represented by the above [1] or [2] Compound production method.
[4] The production method according to [3], wherein the mutant type III polyketide synthase is a point mutant enzyme from serine residue constituting glycine or alanine residue constituting the active center cavity of wild type III polyketide synthase .
[5] The production method according to [4], wherein the wild type III polyketide synthase is a Huperzia serrata-derived wild type III polyketide synthase.
[6] Mutant type III polyketide synthase comprising the following amino acid sequences (A1) to (A3):
(A1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(A2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3; or (A3) 1 to several amino acids are further substituted, deleted or added at positions other than position 348 of the amino acid sequence of any of the above (A1) or (A2) An amino acid sequence having the ability to synthesize a tricyclic alkaloid in which the protein comprising the amino acid sequence after the mutation is introduced has a 6-7-6 condensed ring structure.
[7] A gene encoding the mutant type III polyketide synthase according to any one of [3] to [6].
[8] The gene according to [7] above, comprising the following polynucleotides (B1) to (B3):
(B1) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;
(B2) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6; or (B3) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having 70% or more sequence identity to any of the nucleotide sequences of (B1) or (B2) above. And a polynucleotide encoding an enzyme having the ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure.
[9] A recombinant vector containing the gene according to [7] or [8].
[10] A transformant into which the recombinant vector according to [9] is introduced.

本発明の変異III型ポリケタイド合成酵素は、野生型酵素に比べて基質特異性が大幅に拡張し、汎用性の高い酵素であり、適切な基質を選択することによって様々なアルカロイド骨格、特に6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを生成することができる。本発明の変異III型ポリケタイド合成酵素を用いた化合物の製造方法は、有機合成方法に比べて、クリーンかつマイルドな条件下でアルカロイドなどを効率的に製造することができる。このようにして製造された6−7−6縮合環構造を有する新規3環性アルカロイドは、医薬品、化粧品、食品(機能性食品)の原材料として有用である。   The mutant type III polyketide synthase of the present invention is a highly versatile enzyme with greatly expanded substrate specificity compared to the wild type enzyme, and various alkaloid skeletons, particularly 6- A tricyclic alkaloid having a 7-6 fused ring structure can be produced. The method for producing a compound using the mutant type III polyketide synthase of the present invention can efficiently produce alkaloids and the like under clean and mild conditions as compared with the organic synthesis method. The novel tricyclic alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure produced in this manner is useful as a raw material for pharmaceuticals, cosmetics, and foods (functional foods).

図1は、トウゲシバ(Huperzia serrata)由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS1)の各種基質を用いた反応機構を示す。(A)野生型PKS1によるカルコンの生成反応。(B)野生型PKS1による6−5−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドの生成反応。(C)変異PKS1による6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドの生成反応。FIG. 1 shows a reaction mechanism using various substrates of type III polyketide synthase (PKS1) derived from Huperzia serrata. (A) Chalcone production reaction by wild-type PKS1. (B) Formation reaction of tricyclic alkaloid having a 6-5-6 condensed ring structure by wild-type PKS1. (C) Formation reaction of tricyclic alkaloid having 6-7-6 condensed ring structure by mutant PKS1. 図2は、実施例8の抗菌アッセイの結果を示す。図中、Ampはアンピシリンを、Compound 1は式(II)の化合物を、Compound 2は図1Bに記載された6−5−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを示す。枠内のウェルではバイオフィルムの形成阻害が観察された。FIG. 2 shows the results of the antimicrobial assay of Example 8. In the figure, Amp represents ampicillin, Compound 1 represents a compound of formula (II), and Compound 2 represents a tricyclic alkaloid having a 6-5-6 condensed ring structure described in FIG. 1B. Biofilm formation inhibition was observed in the wells in the frame.

以下、本明細書において、アミノ酸、(ポリ)ペプチド、(ポリ)ヌクレオチドなどの略号による表示は、IUPAC−IUBの規定〔IUPAC-IUB Communication on Biological Nomenclature, Eur. J. Biochem., 138: 9 (1984)〕、「塩基配列またはアミノ酸配列を含む明細書等の作成のためのガイドライン」(日本国特許庁編)、および当該分野における慣用記号に従う。   Hereinafter, in the present specification, indications using abbreviations such as amino acids, (poly) peptides, (poly) nucleotides, etc. are defined in IUPAC-IUB [IUPAC-IUB Communication on Biological Nomenclature, Eur. J. Biochem., 138: 9 ( 1984)], “Guidelines for the preparation of specifications including base sequences or amino acid sequences” (edited by the Japan Patent Office), and conventional symbols in the field.

1.6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド
本発明は、式(I)で表される化合物(以下、「本発明の化合物」と称する場合がある)またはその塩を提供する。
1.6-7-6 Tricyclic Alkaloid Having Condensed Ring Structure The present invention provides a compound represented by formula (I) (hereinafter sometimes referred to as “the compound of the present invention”) or a salt thereof. .

式(I)中、R、R、RおよびRは同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示す。
、R、RおよびRにおけるハロゲン原子としては、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素などがあげられる。中でも塩素またはフッ素が好ましい。
、R、RおよびRにおけるC1−6アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−アミル基、イソアミル基、sec−アミル基、tert−アミル基、ヘキシル基などがあげられる。中でもメチル基またはエチル基が好ましい。
、R、RおよびRにおけるC1−6アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。中でもメトキシ基およびエトキシ基が好ましい。
、R、RおよびRの好ましい組み合わせは、R、R、RおよびRが水素原子である。
In formula (I), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group.
Examples of the halogen atom in R 1 , R 2 , R 3 and R 4 include chlorine, fluorine, bromine, iodine and the like. Of these, chlorine or fluorine is preferred.
Examples of the C 1-6 alkyl group in R 1 , R 2 , R 3 and R 4 include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert- Examples thereof include a butyl group, an n-amyl group, an isoamyl group, a sec-amyl group, a tert-amyl group, and a hexyl group. Of these, a methyl group or an ethyl group is preferable.
Examples of the C 1-6 alkoxy group for R 1 , R 2 , R 3 and R 4 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a pentyloxy group, and a hexyloxy group. Of these, a methoxy group and an ethoxy group are preferable.
Preferred combinations of R 1, R 2, R 3 and R 4, R 1, R 2, R 3 and R 4 are hydrogen atoms.

式(I)中、Rは水素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C3−6シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基またはアシル基を示す。
におけるC1−6アルキル基は、上記R、R、RおよびRと同様である。
2−6アルケニル基としては、ビニル、1−プロペニル、アリル、イソプロペニル、ブテニルおよびイソブテニルなどがあげられる。
3−6シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルなどがあげられる。
アリール基としては、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、ビフェニリルおよび2−アンスリルなどのC6−14アリール基などがあげられる。
アラルキル基としては、ベンジル、α-メチルベンジル、フェネチルなどのC7−15アラルキル基などがあげられる。
複素環基としては、炭素原子以外に窒素原子、酸素原子および硫黄原子から選ばれる1種または2種のヘテロ原子を1個ないし4個含む5ないし14員(好ましくは5ないし9員、より好ましくは5または6員)の非芳香族複素環(例、ピロリジニル、テトラヒドロフリル、テトラヒドロチエニル、ピペリジル、テトラヒドロピラニル、モルホリニル、チオモルホリニル、ピペラジニル)または芳香族複素環基(例、フリル、チエニル、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、1,2,3−オキサジアゾリル、1,2,4−オキサジアゾリル、1,3,4−オキサジアゾリル、フラザニル、1,2,3−チアジアゾリル、1,2,4−チアジアゾリル、1,3,4−チアジアゾリル、1,2,3−トリアゾリル、1,2,4−トリアゾリル、テトラゾリル、ピリジル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、トリアジニル)などがあげられる。これら「複素環基」は、ハロゲン原子、ハロゲン化されていてもよいC1−6アルキル、C1−6アルコキシ、オキソなどの置換基を1ないし3個有していてもよい。
アシル基としては、式−(C=O)−R、−(C=S)−R、−(C=S)−OR、−(C=O)−OR、−SO−R、−SO−R、−(C=O)N(R)(Rb’)または−(P=O)(OR)(ORb’)(式中、Rは水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基または置換基を有していてもよい複素環基を示し、RおよびRb’は同一または異なって、水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基または置換基を有していてもよい複素環基を示す)で表される基などがあげられる。ここで、炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、単環式飽和炭化水素基および芳香族炭化水素基などが挙げられ、炭素数1ないし16個のものが好ましい。具体的には、例えばアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基およびアリール基などがあげられる。また、置換基を有していてもよい複素環基としては、Rにおける複素環基と同様のものがあげられる。
In formula (I), R 5 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, a C 3-6 cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group or an acyl group.
The C 1-6 alkyl group for R 5 is the same as R 1 , R 2 , R 3 and R 4 above.
C 2-6 alkenyl groups include vinyl, 1-propenyl, allyl, isopropenyl, butenyl and isobutenyl.
C 3-6 cycloalkyl groups include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl and the like.
Examples of the aryl group include C 6-14 aryl groups such as phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, biphenylyl and 2-anthryl.
Examples of the aralkyl group include C 7-15 aralkyl groups such as benzyl, α-methylbenzyl and phenethyl.
The heterocyclic group is a 5- to 14-membered (preferably 5- to 9-membered, more preferably 1 to 4 hetero-atoms selected from a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom in addition to a carbon atom. Is a 5- or 6-membered) non-aromatic heterocycle (eg, pyrrolidinyl, tetrahydrofuryl, tetrahydrothienyl, piperidyl, tetrahydropyranyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, piperazinyl) or an aromatic heterocyclic group (eg, furyl, thienyl, pyrrolyl, Oxazolyl, isoxazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, imidazolyl, pyrazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl, furazanyl, 1,2,3-thiadiazolyl, 1,2, 4-thiadiazolyl, 1,3,4-thiadiazolyl, 1,2,3 Triazolyl, 1,2,4-triazolyl, tetrazolyl, pyridyl, pyridazinyl, pyrimidinyl, pyrazinyl, triazinyl) and the like. These “heterocyclic groups” may have 1 to 3 substituents such as a halogen atom, optionally halogenated C 1-6 alkyl, C 1-6 alkoxy, oxo and the like.
Acyl groups include those represented by the formula-(C = O) -R a ,-(C = S) -R a ,-(C = S) -OR a ,-(C = O) -OR a , -SO 2-. R a , —SO—R a , — (C═O) N (R b ) (R b ′ ) or — (P═O) (OR b ) (OR b ′ ) (where R a is a hydrogen atom Represents a hydrocarbon group which may have a substituent or a heterocyclic group which may have a substituent, and R b and R b ′ are the same or different and have a hydrogen atom or a substituent. A hydrocarbon group which may be substituted or a heterocyclic group which may have a substituent, and the like. Here, examples of the hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group, a monocyclic saturated hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group, and those having 1 to 16 carbon atoms are preferable. Specific examples include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, and an aryl group. Moreover, examples of the heterocyclic group which may have a substituent include the same heterocyclic groups as those described above for R 5 .

式(I)中、Rは同一または異なって、水素原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示す。RにおけるC1−6アルキル基およびアルコキシ基は、上記R、R、RおよびRと同様である。Rは好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、メトキシ基またはエトキシ基であり、より好ましくは水素原子、メチル基およびエチル基であり、最も好ましくは水素原子である。 In formula (I), R 6 is the same or different and represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group. The C 1-6 alkyl group and the alkoxy group in R 6 are the same as R 1 , R 2 , R 3 and R 4 described above. R 6 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group or an ethoxy group, more preferably a hydrogen atom, a methyl group and an ethyl group, and most preferably a hydrogen atom.

式(I)中、さらに、R、R、RまたはRが結合する炭素原子の位置に窒素原子が導入されていてもよい。窒素原子の導入位置については特に限定されず、導入される数は、1、2または3個でもよい。 In formula (I), a nitrogen atom may be further introduced at the position of the carbon atom to which R 1 , R 2 , R 3 or R 4 is bonded. The introduction position of the nitrogen atom is not particularly limited, and the number of nitrogen atoms introduced may be 1, 2 or 3.

式(I)において、R、R、RおよびRが水素原子、Rが水素原子ならびにRが水素原子である化合物が好ましい。 In the formula (I), compounds in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, R 5 is a hydrogen atom and R 6 is a hydrogen atom are preferable.

本発明の化合物の塩としては、例えば金属塩、アンモニウム塩、有機塩基との塩、無機酸との塩、有機酸との塩、塩基性または酸性アミノ酸との塩などがあげられる。金属塩の好適な例としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩;カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩などのアルカリ土類金属塩;アルミニウム塩などがあげられる。有機塩基との塩の好適な例としては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、ピコリン、2,6−ルチジン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N,N'−ジベンジルエチレンジアミンなどとの塩があげられる。無機酸との塩の好適な例としては、例えば塩酸、臭化水素酸、硝酸、硫酸、リン酸などとの塩があげられる。有機酸との塩の好適な例としては、例えばギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、フタル酸、フマル酸、シュウ酸、酒石酸、マレイン酸、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸などとの塩があげられる。塩基性アミノ酸との塩の好適な例としては、例えばアルギニン、リジン、オルニチンなどとの塩があげられ、酸性アミノ酸との塩の好適な例としては、例えばアスパラギン酸、グルタミン酸などとの塩があげられる。   Examples of the salt of the compound of the present invention include metal salts, ammonium salts, salts with organic bases, salts with inorganic acids, salts with organic acids, salts with basic or acidic amino acids, and the like. Preferable examples of the metal salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt; alkaline earth metal salts such as calcium salt, magnesium salt and barium salt; aluminum salt and the like. Preferable examples of the salt with an organic base include, for example, trimethylamine, triethylamine, pyridine, picoline, 2,6-lutidine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, cyclohexylamine, dicyclohexylamine, N, N′-dibenzylethylenediamine. And salt. Preferable examples of the salt with inorganic acid include salts with hydrochloric acid, hydrobromic acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and the like. Preferable examples of the salt with organic acid include formic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, phthalic acid, fumaric acid, oxalic acid, tartaric acid, maleic acid, citric acid, succinic acid, malic acid, methanesulfonic acid, and benzenesulfone. And salts with acid, p-toluenesulfonic acid and the like. Preferable examples of salts with basic amino acids include salts with arginine, lysine, ornithine and the like, and preferable examples of salts with acidic amino acids include salts with aspartic acid and glutamic acid, for example. It is done.

式(I)で表される化合物は、溶媒和物の形をとってもよく、このような化合物も本発明の化合物に包含される。溶媒和物としては、好ましくは水和物、エタノレートなどがあげられる。   The compound represented by formula (I) may take the form of a solvate, and such a compound is also included in the compound of the present invention. Preferred solvates include hydrates and ethanolates.

本発明の化合物は、通常の有機合成方法に従って合成することもできるが、後述する変異III型ポリケタイド合成酵素を触媒として用いる、以下の方法により製造することが好ましい。   The compound of the present invention can be synthesized according to a general organic synthesis method, but is preferably produced by the following method using a mutant type III polyketide synthase described later as a catalyst.

2.6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドの製造方法
本発明の製造方法は、後述する変異III型ポリケタイド合成酵素を触媒として用いて、2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体をスターター基質とし、マロニルCoA誘導体を伸長鎖基質として、縮合反応させる工程を含むことを特徴とする。
2.6-7-6 Method for Producing Tricyclic Alkaloid Having Condensed Ring Structure The production method of the present invention uses a mutant type III polyketide synthase described later as a catalyst and a 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative as a starter substrate. And a condensation reaction using a malonyl CoA derivative as an extended chain substrate.

スターター基質の2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体は、下記式:   The starter substrate 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative has the following formula:

(式中、R、R、R、RおよびRは、上記式(I)で定義したとおりである。)で表される。 (Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are as defined in the above formula (I)).

2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体は、6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドの左側半分の6−7環を構成するものであり、目的とするアルカロイドの構造に応じて所定の構造を有するものを選択することができる。   The 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative constitutes the 6-7 ring in the left half of the tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure, and has a predetermined structure depending on the structure of the target alkaloid. You can choose what you have.

2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体は、例えば、以下のようにして得ることができる。フタルアミド酸誘導体を、N-ヒドロキシスクシンイミドおよびN−エチル−N’−3−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド(WSCI)等の存在下、4〜40℃で1〜24時間反応させ、フタルアミド酸誘導体のN−ヒドロキシスクシンイミドエステル(NHSエステル)とし、得られたNHSエステルの溶液とCoenzymeA水溶液とを混和し、0〜40℃で1〜48時間反応させ、2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体を製造する。   The 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative can be obtained, for example, as follows. The phthalamic acid derivative was reacted at 4 to 40 ° C. for 1 to 24 hours in the presence of N-hydroxysuccinimide, N-ethyl-N′-3-dimethylaminopropylcarbodiimide (WSCI), etc. A succinimide ester (NHS ester) is used, and the resulting NHS ester solution and Coenzyme A aqueous solution are mixed and reacted at 0 to 40 ° C. for 1 to 48 hours to produce a 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative.

伸長鎖基質のマロニルCoA誘導体は、下記式:   The extended chain substrate malonyl CoA derivative has the following formula:

(式中、Rは上記式(I)で定義したとおりである)で表され、1種を用いてもよく、2種以上の混合物を用いてもよい。 (Wherein R 6 is as defined in the above formula (I)), one type may be used, or two or more types may be used.

マロニルCoA誘導体は、マロニルCoA(R=H)、メチルマロニルCoA(R=CH)、エチルマロニルCoA(R=C)などについては市販品を利用することができ、市販品を原料にして常法に従って、他のマロニルCoA誘導体を得ることができる。 As the malonyl CoA derivative, commercially available products such as malonyl CoA (R 6 = H), methyl malonyl CoA (R 6 = CH 3 ), ethyl malonyl CoA (R 6 = C 2 H 5 ) can be used. Other malonyl CoA derivatives can be obtained according to a conventional method using the product as a raw material.

変異III型ポリケタイド合成酵素を用いた縮合反応の条件は、スターター基質および伸長鎖基質から3環性アルカロイドが生成する限り特に限定されるものではないが、pH6〜9の緩衝液中、所定の濃度(例えば、0.01〜0.1mM)の酵素および所定の濃度(例えば、0.05〜10mM)の基質の存在下、20〜50℃で、0.1〜24時間が例示される。スターター基質と伸長鎖基質の混合比は、1:1〜1:3が例示され、1:2の混合比が好ましい。   The conditions for the condensation reaction using the mutant type III polyketide synthase are not particularly limited as long as a tricyclic alkaloid is produced from the starter substrate and the extended chain substrate. Examples are 0.1 to 24 hours at 20 to 50 ° C. in the presence of an enzyme (for example, 0.01 to 0.1 mM) and a substrate having a predetermined concentration (for example, 0.05 to 10 mM). The mixing ratio of the starter substrate and the extended chain substrate is exemplified by 1: 1 to 1: 3, and a mixing ratio of 1: 2 is preferable.

反応終了後、生成した6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを反応液から回収し、目的に応じて精製する。3環性アルカロイドの回収および精製は、当該技術分野において周知の手段を用いて行うことができ、例えば、逆相HPLC、シリカゲルカラム等があげられる。なお、前記縮合工程においては、2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体1分子に対して、3分子のマロニルCoA誘導体が縮合した6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドに加えて、2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体1分子に対して、2分子のマロニルCoA誘導体が縮合した6−5−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドも生成する。したがって、目的に応じて、6−5−6縮合環構造を有する生成物も回収および精製することができる。   After completion of the reaction, the produced tricyclic alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure is recovered from the reaction solution and purified according to the purpose. Recovery and purification of the tricyclic alkaloid can be performed using means well known in the art, and examples thereof include reverse phase HPLC, silica gel column and the like. In the condensation step, in addition to the tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure in which three molecules of a malonyl CoA derivative are condensed with respect to one molecule of a 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative, 2-carbamoyl A tricyclic alkaloid having a 6-5-6 condensed ring structure in which two molecules of a malonyl CoA derivative are condensed to one molecule of a benzoyl CoA derivative is also produced. Therefore, depending on the purpose, a product having a 6-5-6 fused ring structure can also be recovered and purified.

スターター基質として2−カルバモイルベンゾイルCoA、伸長鎖基質としてマロニルCoAを用いて変異III型ポリケタイド合成酵素により生成した6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド(式(II)の化合物)を以下に示し、反応式を図1Cに示す。   A tricyclic alkaloid (compound of formula (II)) having a 6-7-6 condensed ring structure produced by a mutant type III polyketide synthase using 2-carbamoylbenzoyl CoA as a starter substrate and malonyl CoA as an extended chain substrate The reaction formula is shown below and shown in FIG. 1C.

上記式(II)で表される化合物は、実施例8に示すように、黄色ブドウ球菌等の細菌のコロニー形成を阻害する。したがって、式(II)で表される化合物および式(I)で表される化合物は、抗菌剤、バイオフィルム除去剤等の新規成分として、あるいは、当該化合物を抗菌剤等の新規成分のシード化合物として利用することが期待される。   As shown in Example 8, the compound represented by the above formula (II) inhibits colony formation of bacteria such as S. aureus. Therefore, the compound represented by the formula (II) and the compound represented by the formula (I) are used as a new component such as an antibacterial agent and a biofilm remover, or the compound is a seed compound of a new component such as an antibacterial agent. It is expected to be used as

コロニー形成の阻害、抗菌活性、バイオフィルムの形成阻害の対象となる細菌としては、グラム陽性菌に属する細菌:
Bacillus、Listeria、Staphylococcus、Streptococcus、Enterococcus、Clostridiumなどの属、広義にはMycoplasmaなどのモリクテス綱の細菌もグラム陽性菌に分類される;および
中でも、ヒトの典型的な病原体として、球菌(ストレプトコッカス属、スタフィロコッカス属)、桿菌(コリネバクテリウム属、リステリア属、バシラス属、クロストリジウム属);ならびに
グラム陰性菌に属する細菌:
大腸菌(Escherichia coli)、サルモネラ、腸内細菌科、シュードモナス、モラクセラ、ヘリコバクター、ステノトロフォモナ、ブデロビブリオ、酢酸菌、レジオネラ、Wolbachiaなどのα-プロテオバクテリア;および
シアノバクテリア、Spirochaetes、緑色硫黄細菌、緑色非硫黄細菌などがあげられる。
Bacteria belonging to Gram-positive bacteria include those that are subject to inhibition of colony formation, antibacterial activity, and biofilm formation:
The genus such as Bacillus, Listeria, Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Clostridium, broadly categorized as gram-positive bacteria such as Mycoplasma; and among others, as a typical human pathogen, Staphylococcus spp.), Neisseria gonorrhoeae (Corynebacterium spp., Listeria spp., Bacillus spp., Clostridium spp.); And bacteria belonging to Gram negative bacteria:
Escherichia coli, Salmonella, Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter, Stenotrophomona, Buderobibrio, acetic acid bacteria, Legionella, Wolbachia and other α-proteobacteria; and cyanobacteria, Spirochaetes, green sulfur bacteria, green Examples include non-sulfur bacteria.

3.変異III型ポリケタイド合成酵素(変異PKS1)
本発明は、III型ポリケタイド合成酵素の活性中心キャビティを構成するアミノ酸配列中の少なくとも1アミノ酸を置換した変異III型ポリケタイド合成酵素(以下、「本発明の変異酵素」または「変異PKS1」と省略する場合がある)を提供する。
3. Mutant type III polyketide synthase (mutant PKS1)
In the present invention, a mutant type III polyketide synthase (hereinafter referred to as “mutant enzyme of the present invention” or “mutant PKS1”) in which at least one amino acid in the amino acid sequence constituting the active center cavity of the type III polyketide synthase is substituted. Provide).

本発明においてIII型ポリケタイド合成酵素(以下、「PKS1」と省略する場合がある)とは、4クマロイルCoAを開始基質として3分子のマロニルCoAを順次縮合の後、カルコンを生成する(図1A)。「変異型PKS1」は、カルコンを生成する活性を保持しているという観点から分類する場合、「PKS1」に含まれる。「野生型PKS1」とは、「PKS1」から「変異PKS1」を除く目的で使用される。   In the present invention, a type III polyketide synthase (hereinafter sometimes abbreviated as “PKS1”) is a condensate of 3 molecules of malonyl CoA starting from 4 coumaroyl CoA as a starting substrate to generate chalcone (FIG. 1A). . “Mutant PKS1” is included in “PKS1” when classified from the viewpoint of retaining the activity of generating chalcone. “Wild-type PKS1” is used for the purpose of removing “mutant PKS1” from “PKS1”.

PKS1(配列番号1)の活性中心は、触媒の3組のアミノ酸残基(Cys-174、His-313およびAsn-346)、活性部位残基(Thr-207、Phe-225、Gly-266、Phe-275およびSer-348)を含むと考えられる(Wanibuchi, K. et al., FEBS Journal 274, 1073-1082 (2007)、Fig.2を参照)。本発明においては、PKS1から見出された酵素の活性中心のアミノ酸配列と他のPKSのアミノ酸配列の相同性に基づいて、PKS1以外の他のPKSの活性中心に存在する対応するアミノ酸残基の位置を類推することが可能である。   The active center of PKS1 (SEQ ID NO: 1) consists of three sets of catalytic amino acid residues (Cys-174, His-313 and Asn-346), active site residues (Thr-207, Phe-225, Gly-266, Phe-275 and Ser-348) (see Wanibuchi, K. et al., FEBS Journal 274, 1073-1082 (2007), Fig. 2). In the present invention, based on the homology between the amino acid sequence of the active center of the enzyme found from PKS1 and the amino acid sequence of another PKS, the corresponding amino acid residue present in the active center of other PKS other than PKS1. It is possible to analogize the position.

活性中心キャビティを構成するセリン残基からグリシンまたはアラニン残基への1アミノ酸の置換とは、野生型PKS1にはない6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を獲得するための置換である。好ましくは、野生型PKS1(配列番号1)の場合、348位のセリン残基からグリシン残基への置換またはアラニン残基への置換である。   The substitution of one amino acid from a serine residue constituting the active center cavity to a glycine or alanine residue is to acquire the ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure not found in wild-type PKS1. Is a replacement. Preferably, in the case of wild-type PKS1 (SEQ ID NO: 1), the substitution at position 348 is a serine residue to a glycine residue or an alanine residue.

前記した1アミノ酸の置換は、PKS1をコードする遺伝子に対して部位特異的突然変異誘発法などの自体公知の方法を用いて導入することができる。   The substitution of one amino acid described above can be introduced into a gene encoding PKS1 using a method known per se such as site-directed mutagenesis.

本発明の「6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を獲得する」における「6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能」とは、2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体およびマロニルCoA誘導体を基質として、6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを合成する特性をいう。「6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能」の測定は、本発明の変異酵素を、2−カルバモイルベンゾイルCoAおよびマロニルCoAを基質として反応させ、反応物をHPLC、LC−ESI MS等のクロマトグラフィーを用いてアルカロイド合成の有無を検出することにより行うことができる。測定方法の詳細は、実施例6に記載されている。   The “capability of synthesizing a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure” in “acquiring the ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure” of the present invention means “2-carbamoylbenzoyl” It refers to the property of synthesizing a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure using a CoA derivative and a malonyl CoA derivative as substrates. Measurement of “ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure” was carried out by reacting the mutant enzyme of the present invention with 2-carbamoylbenzoyl CoA and malonyl CoA as substrates, and the reaction product by HPLC, LC- It can be performed by detecting the presence or absence of alkaloid synthesis using chromatography such as ESI MS. Details of the measurement method are described in Example 6.

本発明で用いられる野生型PKSは、いかなる植物または細菌由来のPKSであってもよい。例えば、Huperzia serrata、Selaginella moellendorffii、Medicago sativa、Pisum sativum、Marchantia polymorpha、Trifolium subterraneumなどの植物由来のPKSがあげられるが、これらに限定されない。   The wild-type PKS used in the present invention may be PKS derived from any plant or bacteria. Examples include PKS derived from plants such as Huperzia serrata, Selaginella moellendorffii, Medicago sativa, Pisum sativum, Marchantia polymorpha, and Trifolium subterraneum, but are not limited thereto.

野生型PKSは、Huperzia serrata由来のPKS1(DQ979827.1、GeneID:ABI94386.1、配列番号1)が好ましい。   Wild-type PKS is preferably PKS1 derived from Huperzia serrata (DQ979827.1, GeneID: ABI94386.1, SEQ ID NO: 1).

変異PKS1は、野生型PKS1に上述した1アミノ酸の置換を導入することにより容易に得ることができる。好適には、
(A1)配列番号2のアミノ酸配列、または
(A2)配列番号3のアミノ酸配列
を含む(好ましくは当該アミノ酸配列からなる)。
配列番号2または3のアミノ酸配列からなる変異PKS1を、それぞれS348GまたはS348Aと称する。
Mutant PKS1 can be easily obtained by introducing the 1 amino acid substitution described above into wild-type PKS1. Preferably,
(A1) The amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or (A2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 (preferably consisting of the amino acid sequence).
Mutant PKS1 consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or 3 is referred to as S348G or S348A, respectively.

本発明の変異PKS1は、
(A3)上記(A1)または(A2)のいずれかのアミノ酸配列の348位以外の位置において、さらに1〜数個のアミノ酸が置換、欠失または付加の変異が導入されてなるアミノ酸配列であって、当該変異導入後のアミノ酸配列からなるタンパク質が6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有するアミノ酸配列を含むものであってもよい。ここで、置換、欠失または付加されるアミノ酸の数は、変異PKS1のアルカロイド合成能が保持される限り限定されないが、例えば約1〜30個、好ましくは約1〜20個、より好ましくは約1〜10個、さらにより好ましくは約1〜5個、最も好ましくは1または2個である。アミノ酸の置換、欠失または付加が施される位置も、アルカロイド合成能が保持される限り特に限定されない。
The mutant PKS1 of the present invention is
(A3) An amino acid sequence obtained by introducing substitution, deletion or addition mutations at one to several amino acids at positions other than position 348 of the amino acid sequence of any of (A1) or (A2) above. Thus, the protein comprising the amino acid sequence after introduction of the mutation may contain an amino acid sequence having the ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 condensed ring structure. Here, the number of amino acids to be substituted, deleted or added is not limited as long as the alkaloid synthesis ability of the mutant PKS1 is maintained. For example, about 1 to 30, preferably about 1 to 20, more preferably about 1 to 10, even more preferably about 1 to 5, most preferably 1 or 2. The position where amino acid substitution, deletion or addition is performed is not particularly limited as long as the alkaloid synthesis ability is maintained.

4.変異PKS1遺伝子
本発明は、前記変異PKS1をコードする遺伝子(単に変異PKS1遺伝子または変異PKS1 DNAと称する場合がある)を提供する。
本明細書において「遺伝子」または「DNA」とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖およびアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨で用いられる。またその長さによって特に制限されるものではない。従って、本明細書において遺伝子(DNA)とは、特に言及しない限り、ゲノムDNAを含む2本鎖DNAおよびcDNAを含む1本鎖DNA(正鎖)並びに該正鎖と相補的な配列を有する1本鎖DNA(相補鎖)、およびこれらの断片のいずれもが含まれる。また当該「遺伝子」または「DNA」には、特定の塩基配列(配列番号:4〜6)で示される「遺伝子」または「DNA」だけでなく、これらによりコードされるタンパク質と生物学的機能が同等であるタンパク質(例えば同族体(ホモログやスプライスバリアントなど)および誘導体)をコードする「遺伝子」または「DNA」が包含される。なお、遺伝子またはDNAは、機能領域の別を問うものではなく、例えば発現制御領域、コード領域、エキソンまたはイントロンを含むことができる。
本明細書において「ポリヌクレオチド」とは、上記「遺伝子」を化学構造の観点から見た場合の概念を示し、「ポリ」とは2以上(好ましくは10〜10000個程度、より好ましくは20〜5000個程度)のヌクレオチドの数を意味し、「ヌクレオチド」にはDNAのみならずRNAをも含む。
4). Mutant PKS1 gene The present invention provides a gene encoding the mutant PKS1 (sometimes simply referred to as mutant PKS1 gene or mutant PKS1 DNA).
In this specification, “gene” or “DNA” is used to include not only double-stranded DNA but also each single-stranded DNA such as a sense strand and an antisense strand constituting the DNA. The length is not particularly limited. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, a gene (DNA) is a double-stranded DNA containing genomic DNA and a single-stranded DNA containing cDNA (positive strand) and a sequence having a sequence complementary to the positive strand. Both double-stranded DNA (complementary strand) and fragments thereof are included. The “gene” or “DNA” includes not only the “gene” or “DNA” represented by a specific base sequence (SEQ ID NOs: 4 to 6), but also the protein and biological function encoded by these. Included are “genes” or “DNA” that encode proteins that are equivalent (eg, homologs (such as homologs and splice variants) and derivatives). The gene or DNA does not ask for distinction of the functional region, and can include, for example, an expression control region, a coding region, an exon, or an intron.
In the present specification, “polynucleotide” indicates a concept when the above “gene” is viewed from the viewpoint of chemical structure, and “poly” is 2 or more (preferably about 10 to 10,000, more preferably 20 to The number of nucleotides is about 5000), and “nucleotide” includes not only DNA but also RNA.

野生型PKS1をコードする遺伝子は、Huperzia serrata由来のPKS1(DQ979827.1、GeneID:ABI94386.1、配列番号4)が好ましい。   The gene encoding wild-type PKS1 is preferably PKS1 derived from Huperzia serrata (DQ979827.1, GeneID: ABI94386.1, SEQ ID NO: 4).

本発明の変異PKS1遺伝子は、野生型PKS1遺伝子に上述した1アミノ酸の置換を可能ならしめる変異を導入することにより容易に得ることができる。セリンからグリシンへの置換のためには、セリンをコードするコドン(TCT、TCC、TCAまたはTCG)に対するグリシンをコードするコドン(GGT、GGC、GGAまたはGGG)の変異導入があげられる。セリンからアラニンへの置換のためには、セリンをコードするコドン(TCT、TCC、TCAまたはTCG)に対するアラニンをコードするコドン(GCT、GCC、GCAまたはGCG)の変異導入、好ましくは点突然変異導入があげられる。   The mutant PKS1 gene of the present invention can be easily obtained by introducing the mutation that enables the substitution of one amino acid as described above into the wild-type PKS1 gene. Examples of the substitution from serine to glycine include mutagenesis of a codon (GGT, GGC, GGA or GGG) encoding glycine with respect to a codon encoding serine (TCT, TCC, TCA or TCG). For substitution of serine to alanine, mutagenesis of an alanine-encoding codon (GCT, GCC, GCA or GCG) to a codon encoding serine (TCT, TCC, TCA or TCG), preferably point mutagenesis Can be given.

変異導入遺伝子は、Kunkel法やGapped duplex法などの公知の手法またはこれに準ずる方法により、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キットを用いて、あるいは、QuickChangeTM XL Kit(Stratagene)などを用いて調製することができる。 The mutagenesis is performed by a known technique such as the Kunkel method or the Gapped duplex method or a method equivalent thereto, for example, using a mutagenesis kit using site-directed mutagenesis, or by using the QuickChange XL Kit (Stratagene ) And the like.

好適には、変異PKS1遺伝子は、以下に示すような塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む。
(B1)配列番号5の塩基配列からなるポリヌクレオチド、または
(B2)配列番号6の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
配列番号5または6の塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む変異PKS1遺伝子を、それぞれS348G遺伝子(DNA)およびS348A遺伝子(DNA)と称する。
Preferably, the mutant PKS1 gene includes a polynucleotide having a base sequence as shown below.
(B1) a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 5, or (B2) a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 6.
Mutant PKS1 genes containing a polynucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 5 or 6 are referred to as S348G gene (DNA) and S348A gene (DNA), respectively.

また、本発明の変異PKS1遺伝子は、
(B3)上記(B1)または(B2)のいずれかの塩基配列と70%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるポリヌクレオチドからなり、かつ6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有する酵素をコードするポリヌクレオチドを含むものであってもよい。かかるポリヌクレオチドには、変異PKS1遺伝子の縮重異性体も含まれる。縮重異性体とは、縮重コドンにおいてのみ異なっていて同一のタンパク質をコードすることのできるDNAを意味する。例えば、配列番号5または6の塩基配列からなるDNAに対して、そのアミノ酸のどれかに対応するコドン、例えばPheに対応するコドン(TTC)が、これと縮重関係にある例えばTTTに変わったものを本発明では縮重異性体と呼ぶものとする。
The mutant PKS1 gene of the present invention is
(B3) Tricyclic which consists of a polynucleotide comprising a base sequence having 70% or more sequence identity with any one of the base sequences (B1) or (B2) and has a 6-7-6 condensed ring structure It may include a polynucleotide encoding an enzyme having alkaloid synthesis ability. Such polynucleotides also include degenerate isomers of mutant PKS1 genes. Degenerate isomers refer to DNAs that differ only in degenerate codons and can encode the same protein. For example, for a DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or 6, the codon corresponding to any of its amino acids, for example, the codon corresponding to Phe (TTC) has been changed to, for example, TTT which is degenerate. In the present invention, these are called degenerate isomers.

ここで、「70%以上の配列同一性」とは、コードする変異PKS1のアルカロイド合成能が保持される限り限定されないが、塩基配列間で約70%以上、好ましくは約80%以上、より好ましくは約90%以上、更に好ましくは約95%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有することをいう。本明細書における塩基配列の同一性(%)は、当該分野で慣用のホモロジー検索プログラム(例えば、BLAST、FASTA等)を初期設定で用いて決定することができる。本発明において、塩基配列の「同一性」とは、比較する2種の塩基配列を整列(アラインメント)させ、整列により一致した塩基配列の数を基準となる塩基配列の総数で除して算出した割合を%で示した数字である。なお、整列により生じたギャップは、不一致と見なして算出する。   Here, “sequential identity of 70% or more” is not limited as long as the alkaloid synthesis ability of the encoded mutant PKS1 is maintained, but it is about 70% or more, preferably about 80% or more, more preferably between base sequences. Means about 90% or more, more preferably about 95% or more, and most preferably 98% or more. The identity (%) of the base sequence in the present specification can be determined by using a homology search program (for example, BLAST, FASTA, etc.) commonly used in the art in an initial setting. In the present invention, “identity” of base sequences is calculated by aligning two types of base sequences to be compared and dividing the number of base sequences matched by the alignment by the total number of base sequences as a reference. It is a number showing the percentage in%. Note that the gap generated by the alignment is calculated as a mismatch.

5.組換えベクター
本発明の組換えベクターは、上記4.の遺伝子を適当なベクターに導入することにより構築することができる。ここで、ベクターとしては、導入する宿主に応じて適宜選択することが好ましい。
5. Recombinant vector The recombinant vector of the present invention is the above-mentioned 4. This gene can be constructed by introducing the gene into an appropriate vector. Here, the vector is preferably selected as appropriate according to the host to be introduced.

植物導入用ベクターとしては、アグロバクテリウムを介して植物に目的遺伝子を導入することができる、pBI系、pPZP系、pSMA系のベクターなどが好適に用いられる。特にpBI系のバイナリーベクターまたは中間ベクター系が好適に用いられ、例えば、pBI121、pBI101、pBI101.2、pBI101.3等が挙げられる。バイナリーベクターとは大腸菌(Escherichia coli)およびアグロバクテリウムにおいて複製可能なシャトルベクターで、バイナリーベクターを保持するアグロバクテリムを植物に感染させると、ベクター上にあるLB配列とRB配列より成るボーダー配列で囲まれた部分のDNAを植物核DNAに組み込むことが可能である(EMBO Journal, 10(3), 697-704 (1991))。一方、pUC系のベクターは、植物に遺伝子を直接導入することができ、例えば、pUC18、pUC19、pUC9等が挙げられる。また、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、インゲンマメモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV)等の植物ウイルスベクター等も用いることができる。   As the plant introduction vector, pBI, pPZP, and pSMA vectors that can introduce a target gene into a plant via Agrobacterium are preferably used. In particular, pBI binary vectors or intermediate vector systems are preferably used, and examples thereof include pBI121, pBI101, pBI101.2, pBI101.3 and the like. A binary vector is a shuttle vector that can replicate in Escherichia coli and Agrobacterium. When a plant is infected with Agrobacterium that holds the binary vector, it is a border sequence consisting of LB and RB sequences on the vector. It is possible to incorporate the enclosed DNA into plant nuclear DNA (EMBO Journal, 10 (3), 697-704 (1991)). On the other hand, a pUC vector can directly introduce a gene into a plant, and examples thereof include pUC18, pUC19, and pUC9. Also, plant virus vectors such as cauliflower mosaic virus (CaMV), kidney bean mosaic virus (BGMV), tobacco mosaic virus (TMV) and the like can be used.

昆虫細胞システムにはバキュロウイルス由来のベクター等を用いることができる。酵母においても、ADHもしくはLEU2のような構成的なプロモーターまたはGALのような誘導的プロモーターを含んでいる多くのベクターを使用することができる。   A baculovirus-derived vector or the like can be used for the insect cell system. In yeast, many vectors containing constitutive promoters such as ADH or LEU2 or inducible promoters such as GAL can be used.

大腸菌を始めとする細菌導入用ベクターとしては、上述したpBI系のバイナリーベクター、pUC系のベクターなどがあげられる。   Examples of vectors for introducing bacteria such as Escherichia coli include the above-described pBI binary vectors and pUC vectors.

また、当業者であれば、本発明の実施のために、これら以外の適当なベクターを極めて容易に選択することができる。なお、使用されるベクターに従って、多くの適切な転写および翻訳要素、例えば構成的または誘導的なプロモーター、転写エンハンサー要素、転写ターミネーター等を使用できるが、これらの要素は、当業者にとって公知のものである。   Moreover, those skilled in the art can very easily select appropriate vectors other than these for carrying out the present invention. Depending on the vector used, many suitable transcription and translation elements can be used, such as constitutive or inducible promoters, transcription enhancer elements, transcription terminators, etc., which are known to those skilled in the art. is there.

本発明の遺伝子は、その遺伝子の機能が発現されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、ベクターには、遺伝子の上流、内部、あるいは下流に、プロモーター、イントロン、エンハンサー、翻訳終止コドン、ターミネーター、ポリA付加シグナル、5’−UTR配列、選抜マーカー遺伝子等の構成要素を含むことができる。これらは、公知のものを適宜組み合わせて用いることができる。   The gene of the present invention needs to be incorporated into a vector so that the function of the gene is expressed. Therefore, the vector may contain components such as a promoter, intron, enhancer, translation termination codon, terminator, poly A addition signal, 5′-UTR sequence, selection marker gene, etc. upstream, inside, or downstream of the gene. it can. These can be used in combination with known ones.

プロモーターとしては、DNAが目的の宿主で発現されるようなプロモーターを用いればよい。かかるプロモーターは、発現ベクターとして市販されている種々のベクターに組み込まれており、当該ベクターから単離することができる。また、イントロン、エンハンサー、翻訳終止コドン、ターミネーター、ポリA付加シグナル、5’−UTR配列、選択マーカー遺伝子等の構成要素も同様に発現ベクターとして市販されている種々のベクターに組み込まれており、これらの構成要素も、当該ベクターから単離することができる。   As the promoter, a promoter capable of expressing DNA in a target host may be used. Such promoters are incorporated into various vectors that are commercially available as expression vectors, and can be isolated from the vectors. In addition, components such as introns, enhancers, translation termination codons, terminators, poly A addition signals, 5′-UTR sequences, and selectable marker genes are also incorporated into various vectors that are commercially available as expression vectors. These components can also be isolated from the vector.

ベクターに遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位またはマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。   In order to insert a gene into a vector, first, a method in which purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of an appropriate vector DNA, and ligated to the vector is employed. .

6.形質転換体
「形質転換」とは、ある細胞にとって新しい(外来性の)DNAを導入することによって、その細胞が永久的な遺伝子変化を起こすことを意味している。細胞が哺乳動物細胞である場合には、永久的な遺伝子変化は、その細胞のゲノム中にDNAが導入されることによって達成される。「形質転換体」は、前記組換えベクターを用いて目的の宿主を形質転換することにより容易に得られる。
6). Transformant “Transformation” means that by introducing DNA that is new (foreign) to a cell, the cell undergoes a permanent genetic change. If the cell is a mammalian cell, permanent genetic changes are achieved by introducing DNA into the cell's genome. A “transformant” can be easily obtained by transforming a target host using the recombinant vector.

宿主が真核生物である場合には、リン酸カルシウム法、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、リポソーム、ウイルスベクターによって、DNAを真核細胞にトランスフェクションすることができる。また、本発明のタンパク質をコードしているDNA分子と、選択可能な形質(例えば単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ遺伝子)をコードしている第2のDNA分子とを共に真核細胞にトランスフェクションして形質転換体を選別することができる。形質転換された真核細胞は、当該細胞の増殖に適した培地中で所定の条件下で培養することにより、本発明のタンパク質を発現させることができる。   When the host is eukaryotic, DNA can be transfected into eukaryotic cells by the calcium phosphate method, microinjection, electroporation, liposome, or viral vector. Also, a eukaryotic cell is transfected with a DNA molecule encoding the protein of the present invention and a second DNA molecule encoding a selectable trait (for example, a herpes simplex virus thymidine kinase gene). Transformants can be selected. Transformed eukaryotic cells can express the protein of the present invention by culturing under a predetermined condition in a medium suitable for the growth of the cells.

哺乳動物細胞として使用可能な宿主細胞株としては、例えば、CHO、VERO、BHK、HeLa、COS、MDCK、Jurkat、HEK−293、WI38などがあげられる。昆虫細胞として使用可能な宿主細胞株としては、例えば、Sf9などがあげられる。酵母細胞として使用可能な宿主細胞株としては、例えば、Saccharomyces cerevisiaeなどがあげられる。   Examples of host cell strains that can be used as mammalian cells include CHO, VERO, BHK, HeLa, COS, MDCK, Jurkat, HEK-293, WI38, and the like. Examples of host cell strains that can be used as insect cells include Sf9. Examples of host cell strains that can be used as yeast cells include Saccharomyces cerevisiae.

宿主が原核細胞(例えば大腸菌)であるときには、DNAの取り込み能力を有するコンピテント細胞は、当業者に周知の手順によって、塩化カルシウム法で処理することで準備できる。形質転換は、エレクトロポレーション等の代替方法によっても実行することができる。また、本発明のタンパク質をコードしているDNA分子と、選択可能な形質(例えば、アンピシリン、カナマイシン等の抗生物質に耐性な遺伝子)をコードしている第2のDNA分子とを共に原核細胞にトランスフェクションして形質転換体を選別することができる。形質転換された原核細胞は、当該細胞の増殖に適した培地中(好ましくは、抗生物質存在下)で所定の条件下で培養することにより、本発明のタンパク質を発現させることができる。   When the host is a prokaryotic cell (for example, E. coli), competent cells having the ability to take up DNA can be prepared by treating with the calcium chloride method by procedures well known to those skilled in the art. Transformation can also be performed by alternative methods such as electroporation. A prokaryotic cell together with a DNA molecule encoding the protein of the present invention and a second DNA molecule encoding a selectable trait (for example, a gene resistant to antibiotics such as ampicillin and kanamycin). Transfectants can be selected by transfection. The transformed prokaryotic cell can be cultured in a medium suitable for the growth of the cell (preferably in the presence of an antibiotic) under predetermined conditions to express the protein of the present invention.

本発明の変異PKS1は、原核生物において本発明の組換えベクターを用いて当該変異PKS1をコードしているDNAを発現させることによって得ることが好ましい。例えば、宿主として大腸菌を用いた場合、大腸菌を大規模スケールで培養することによって、変異PKS1を発現させることが可能である。   The mutant PKS1 of the present invention is preferably obtained by expressing DNA encoding the mutant PKS1 in a prokaryotic organism using the recombinant vector of the present invention. For example, when E. coli is used as a host, mutant PKS1 can be expressed by culturing E. coli on a large scale.

本発明の変異PKS1を発現した後の単離または精製の技術については、従来より公知の手段、例えばクロマトグラフ分離、硫安沈殿、および抗原または抗体(モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体)を利用した免疫学的な分離方法によって行うことができる。   Regarding the technique of isolation or purification after expressing the mutant PKS1 of the present invention, immunological methods using conventionally known means such as chromatographic separation, ammonium sulfate precipitation, and antigen or antibody (monoclonal antibody, polyclonal antibody) are used. This can be done by various separation methods.

例えば、本発明の変異PKS1を大腸菌等の微生物から精製するには、ニッケルキレートクロマトグラフィーを用いて、一つの工程で純化するための標識をタンパク質の配列中に持たせることによって単純化できる。例えば、複数個(好ましくは、5個〜15個)のヒスチジン残基からなるポリヒスチジン標識を本発明の変異PKS1のアミノ末端またはカルボキシル末端に組み込んでポリヒスチジンで標識し、ニッケルキレートクロマトグラフィーを用いて、一つの工程でタンパク質の単離を効率よく行うことができる。本発明の変異PKS1には、回収を良好にする目的で、適当な酵素の切断部位を含むように設計することもできる。   For example, the purification of the mutant PKS1 of the present invention from microorganisms such as Escherichia coli can be simplified by using nickel chelate chromatography with a label for purification in one step in the protein sequence. For example, a polyhistidine label composed of a plurality of (preferably 5 to 15) histidine residues is incorporated into the amino terminus or carboxyl terminus of the mutant PKS1 of the present invention and labeled with polyhistidine, and nickel chelate chromatography is used. Thus, protein can be efficiently isolated in one step. The mutant PKS1 of the present invention can also be designed to include a suitable enzyme cleavage site for the purpose of improving recovery.

7.形質転換植物体
上記5.で調製した組換えベクターを用いて、対象植物の細胞を形質転換し、再生することで本発明の変異PKS1を保有する形質転換植物体を調製することができる。
7). Transformed plant body 5. Using the recombinant vector prepared in (1) above, a transformed plant body carrying the mutant PKS1 of the present invention can be prepared by transforming and regenerating cells of the target plant.

形質転換植物体を調製する際には、既に報告され、確立されている種々の方法を適宜利用することができ、その好ましい例として、例えば、生物学的方法としては、ウイルス、アグロバクテリウムのTiプラスミド、Riプラスミド等をベクターとして用いる方法が挙げられ、物理学的方法としては、エレクトロポレーション、ポリエチレングリコール、パーティクルガン、マイクロインジェクション(Plant Genetic Transformation and Gene Expression; a laboratory manual, J. Draper et al. 編, Blackwell Scientific Publication (1988))、シリコンウイスカー(Euphytica, 85, 75-80 (1995); In Vitro Cell. Dev. Biol., 31, 101-104 (1995); Plant Science, 132, 31-43 (1998))、リポソーム、バキューム インフィルトレーション(CR Acad. Sci. Paris, Life Science, 316 :1194(1993))、フローラルディップ等の手段によって遺伝子を導入する方法等が挙げられる。当該導入方法については、当業者であれば適宜選択し、使用することができる。   In preparing a transformed plant body, various methods already reported and established can be used as appropriate, and preferable examples thereof include, for example, biological methods such as viruses and Agrobacterium. Examples include methods using Ti plasmids, Ri plasmids and the like as vectors. Physical methods include electroporation, polyethylene glycol, particle gun, microinjection (Plant Genetic Transformation and Gene Expression; a laboratory manual, J. Draper et al. al., Blackwell Scientific Publication (1988)), Silicon Whisker (Euphytica, 85, 75-80 (1995); In Vitro Cell. Dev. Biol., 31, 101-104 (1995); Plant Science, 132, 31 -43 (1998)), liposomes, vacuum infiltration (CR Acad. Sci. Paris, Life Science, 316: 1194 (1993)), floral dip, etc. For example, a method of introducing a child. The introduction method can be appropriately selected and used by those skilled in the art.

一般に、植物に導入した遺伝子は、宿主植物のゲノム中に組み込まれるが、その場合、導入されるゲノム上での位置が異なることにより導入遺伝子の発現が異なるポジションイフェクトと呼ばれる現象が見られるので、導入遺伝子の確認が必要である。   In general, a gene introduced into a plant is integrated into the genome of the host plant, but in this case, a phenomenon called a position effect, in which the expression of the transgene is different due to different positions on the introduced genome, is seen. Confirmation of the transgene is necessary.

遺伝子が植物体に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換植物体からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。PCRを行った後は、増幅産物についてアガロースゲル電気泳動などの電気泳動を行い、臭化エチジウム溶液等により染色し、そして増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。   Whether or not a gene has been incorporated into a plant can be confirmed by PCR, Southern hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from a transformed plant, PCR is performed by designing DNA-specific primers. After performing PCR, the amplified product is subjected to electrophoresis such as agarose gel electrophoresis, stained with ethidium bromide solution, etc., and the amplified product is detected as a single band to confirm that it has been transformed. Can be confirmed.

本発明において形質転換に用いられる植物としては、イネ、サトイモ等の単子葉植物、シロイヌナズナ、タバコ等の双子葉植物などがあげられ、特に好ましい植物の種類としては、シロイヌナズナ、タバコなどがあげられる。   Examples of the plant used for transformation in the present invention include monocotyledonous plants such as rice and taro, dicotyledonous plants such as Arabidopsis thaliana and tobacco, and particularly preferred plant types include Arabidopsis thaliana and tobacco.

本発明において、形質転換の対象とする植物材料としては、例えば、植物体、生長点、苗条原基、分裂組織、葉片、茎片、根片、塊茎片、葉柄片、プロトプラスト、カルス、葯、花粉、花粉管、花柄片、花茎片、花弁、がく片等の細胞が挙げられる。   In the present invention, as plant material to be transformed, for example, plant body, growth point, shoot primordia, meristem, leaf piece, stem piece, root piece, tuber piece, petiole piece, protoplast, callus, cocoon, Examples thereof include cells such as pollen, pollen tube, flower pattern piece, flower stem piece, petal, and sepal piece.

植物細胞を対象とする場合において、得られた形質転換細胞から形質転換体を再生させるためには既知の組織培養法により行えばよい。このような操作は、植物細胞から植物体への再生方法として一般的に知られている方法により、当業者であれば容易に行うことができる。植物細胞から植物体への再生については、例えば、「植物細胞培養マニュアル」(山田康之編著、講談社サイエンティフィク、1984)等の文献を参照することができる。   In the case of targeting plant cells, a known tissue culture method may be used to regenerate a transformant from the obtained transformed cells. Such an operation can be easily performed by those skilled in the art by a method generally known as a method for regenerating plant cells from plant cells. For regeneration from plant cells to plant bodies, for example, references such as “Plant Cell Culture Manual” (Yasuyuki Yamada, Kodansha Scientific, 1984) can be referred to.

本発明の形質転換植物体は、形質転換処理を施した再分化当代である「T0世代」のほか、その植物の自殖や他殖の種子から得られた後代である「T1世代」、薬剤選抜あるいはサザン法等による解析によりトランスジェニックであることが判明した「T1世代」植物の花を自殖や他殖して得られる次世代(T2世代)などの後代植物やT1世代を栄養系で増殖維持した個体、さらにはT1世代等の後代から特定の形質が変化したような変異個体等、T1世代を元にした、あらゆる栽培や育種の手段により得られ得る世代や個体をも含むものとする。   The transformed plant of the present invention is not only the “T0 generation”, which is a regenerated generation that has undergone transformation treatment, but also the “T1 generation”, a progeny obtained from seeds of self-propagation or other breeding of the plant, Progeny plants such as the next generation (T2 generation) obtained by self-propagation or other breeding of "T1 generation" plants that have been found to be transgenic by selection or analysis by the Southern method, etc. It also includes generations and individuals that can be obtained by any means of cultivation and breeding based on the T1 generation, such as individuals that have maintained growth, and mutant individuals whose specific traits have changed from the next generation such as the T1 generation.

7.形質転換体を用いた6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドの生産
(7-1)形質転換植物体を用いる方法
形質転換植物体は、当該植物体に適した条件下かつアルカロイドの生産に適した条件下(例えば、基質となる2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体およびマロニルCoA誘導体を適切な濃度で与える)で栽培し、収穫し、生産物を回収することにより、目的のアルカロイドを高収率で得ることが可能である。
7). Production of tricyclic alkaloid having 6-7-6 fused ring structure using transformant (7-1) Method using transformed plant Transformed plant is produced under conditions suitable for the plant and alkaloid The target alkaloid is enriched by cultivating, harvesting and recovering the product under conditions suitable for the production of (eg, giving 2-carbamoylbenzoyl CoA derivatives and malonyl CoA derivatives as substrates at appropriate concentrations). It can be obtained in yield.

(7-2)形質転換体(植物体を除く)を用いる方法
別の実施形態において、本発明の形質転換体(植物体を除く)を基質の存在下で培養することにより、6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイドを製造することができる。
(7-2) Method of using transformant (excluding plant body) In another embodiment, the transformant of the present invention (excluding the plant body) is cultured in the presence of a substrate to produce 6-7- A tricyclic alkaloid having a 6-fused ring structure can be produced.

用いる形質転換体は、形質転換体の増殖速度、変異PKS1の発現と酵素反応の条件の設定の容易さなどの観点から、目的に応じた形質転換体を選択することができる。好適な一例として、大腸菌の形質転換体があげられる。以下、大腸菌を例にとって説明する。   As the transformant to be used, a transformant according to the purpose can be selected from the viewpoint of the growth rate of the transformant, the ease of setting the expression of mutant PKS1 and the enzyme reaction conditions, and the like. A suitable example is an E. coli transformant. Hereinafter, E. coli will be described as an example.

用いる基質としては、上記2.に記載のとおりである。   As the substrate to be used, 2. It is as described in.

変異PKS1は、形質転換された大腸菌を培養中に外来遺伝子産物として当該大腸菌内で発現し、培養を続けることにより、培地中の基質等を利用して酵素反応が進行し、反応生成物が大腸菌内に蓄積するか、または菌体外に放出されることが期待される。反応条件としては特に限定されるものではないが、pH6〜9の培養液(例えば、LB(Luria-Bertani)培地)中、所定の濃度(例えば、1〜1000mM)の基質の存在下、20〜40℃で、24〜90時間が例示される。なお、培養は、バイオリアクター等を用いてスケールアップするとともに連続的に培養を続けることもできる。   The mutant PKS1 is expressed in the Escherichia coli as a foreign gene product in the transformed Escherichia coli, and the enzyme reaction proceeds using the substrate in the medium by continuing the cultivation. It is expected to accumulate inside or be released outside the cell. Although it does not specifically limit as reaction conditions, In presence of the substrate of predetermined concentration (for example, 1-1000 mM) in the culture solution (for example, LB (Luria-Bertani) culture medium) of pH 6-9, 20- Examples are 24 to 90 hours at 40 ° C. The culture can be scaled up using a bioreactor or the like and can be continued continuously.

反応終了後、生成した3環性アルカロイドを培養物または培養液から回収し、目的に応じて精製する。3環性アルカロイドの回収および精製は、当該技術分野において周知の手段を用いて行うことができる。   After completion of the reaction, the produced tricyclic alkaloid is recovered from the culture or culture medium and purified according to the purpose. Recovery and purification of the tricyclic alkaloid can be performed using means well known in the art.

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 Huperzia serrata由来ポリケタイド合成酵素(ABI94386.1)のクローニング
PrimeSTAR(登録商標)HS DNA Polymeraseおよび以下のプライマーを使用して、PCR法により目的配列の増幅を行った。1.2%アガロースゲルを用いて電気泳動し、目的の大きさである1.2 kbpのバンドを切り出し、QIAquick(登録商標)Gel Extraction Kit (QIAGEN)を用いて精製し、エタノール沈澱を行い、インサートDNAとした。
オリゴヌクレオチドプライマーは、Invitrogenにより作製されたものを使用した。
5’-CTG CTG GTC GAC ATG ACA ATC AAG GGA-3’(SalI部位を下線にて示す)(配列番号:7)
5’-CCG CCG CTG CAG TCA AAT GTT GAT ACT TCT-3’(PstI部位を下線にて示す)(配列番号:8)
精製したDNAおよびpQE81L(QIAGEN)をSalIおよびPstIを用いて制限酵素処理を行い、得られた制限酵素切断断片を上記DNA精製法により精製した。DNA Ligation Kit Ver.2.1 (TAKARA)を用いて、N末端に6xヒスチジンタグを付加した酵素発現用plasmid DNAを作製し、M15[pREP4](QIAGEN)に形質転換させた。
Example 1 Cloning of polyketide synthase (ABI94386.1) from Huperzia serrata
The target sequence was amplified by PCR using PrimeSTAR (registered trademark) HS DNA Polymerase and the following primers. Electrophoresis using 1.2% agarose gel, excise the 1.2 kbp band of the desired size, purify using QIAquick (registered trademark) Gel Extraction Kit (QIAGEN), ethanol precipitate, and use as insert DNA .
The oligonucleotide primer used was produced by Invitrogen.
5'-CTG CTG GTC GAC ATG ACA ATC AAG GGA-3 '(SalI site is underlined) (SEQ ID NO: 7)
5'-CCG CCG CTG CAG TCA AAT GTT GAT ACT TCT-3 '(PstI site is underlined) (SEQ ID NO: 8)
The purified DNA and pQE81L (QIAGEN) were subjected to restriction enzyme treatment using SalI and PstI, and the resulting restriction enzyme-cleaved fragment was purified by the DNA purification method described above. Using DNA Ligation Kit Ver.2.1 (TAKARA), a plasmid DNA for enzyme expression having a 6x histidine tag added to the N-terminus was prepared and transformed into M15 [pREP4] (QIAGEN).

実施例2 変異酵素の作製
野生型酵素発現用plasmid DNA(pET+insert DNA)を鋳型にQuickChangeTMXL Kit(Stratagene)により、以下のプライマーを使用してPCR法により変異導入を行った。オリゴヌクレオチドプライマーは、Invitrogenにより作製されたものを使用した。
S348G Fw 5'-CGGCAACATGGGAAGCGCCTCAGTACTGTTTGTTTTGG-3'(配列番号:9)
S348G Rv 5'-CCAAAACAAACAGTACTGAGGCGCTTCCCATGTTGCCG-3'(配列番号:10)
S348Gの変異が導入されたplasmid DNAを発現大腸菌BL21 (DE3) pLysS (NOVAGEN)に形質転換させた。
Example 2 Production of Mutant Enzyme Mutation was performed by PCR using QuickChange XL Kit (Stratagene) with the following primers using wild type enzyme expression plasmid DNA (pET + insert DNA) as a template. The oligonucleotide primer used was produced by Invitrogen.
S348G Fw 5'-CGGCAACATGGGAAGCGCCTCAGTACTGTTTGTTTTGG-3 '(SEQ ID NO: 9)
S348G Rv 5'-CCAAAACAAACAGTACTGAGGCGCTTCCCATGTTGCCG-3 '(SEQ ID NO: 10)
Plasmid DNA introduced with the S348G mutation was transformed into expression E. coli BL21 (DE3) pLysS (NOVAGEN).

実施例3 大腸菌における蛋白質の発現
実施例1および2で形質転換した大腸菌を、100mgのAmpicillinを含有する1000mLのLuria-Bertani培地で37℃、OD600 = 0.6になるまで振盪培養を行った。Isopropylthio-β-D-galactoside(IPTG)を、終濃度1mMとなるように加え、23℃、12時間、振盪培養した。
Example 3 Protein Expression in E. coli The E. coli transformed in Examples 1 and 2 was cultured with shaking in 1000 mL of Luria-Bertani medium containing 100 mg of Ampicillin until 37 ° C. and OD 600 = 0.6. Isopropylthio-β-D-galactoside (IPTG) was added to a final concentration of 1 mM and cultured with shaking at 23 ° C. for 12 hours.

実施例4 蛋白質の抽出および精製
実施例3の酵素誘導後の大腸菌を集菌後、0.1M NaClおよび5mM imidazole 含有の40mM potassium phosphate buffer(KPB)、pH 7.9に懸濁し、ソニケーターを用いて大腸菌細胞を破砕した。破砕後10,000rpm、4℃、30min遠心を行い、上清をタンパク粗抽出液とした。粗抽出液をNi SepharoseTM 6 Fast Flow (GE Healthcare)に供し、0.5M NaClおよび40mM imidazole 含有の40mM KPBで洗浄した後、10%(w/v) glycerolおよび500mM imidazole 含有の15mM KPB、pH 7.5により溶出させ、精製酵素を得た。精製酵素溶液を、5%(w/v) glycerolおよび0.2M NaCl含有の0.1mM HEPES、pH7.0を使用して、Amicon Ultra-4 (Ultracel-10k)フィルターを用いて、脱塩および濃縮を行った。
Example 4 Protein Extraction and Purification After collecting the enzyme-induced E. coli of Example 3, the cells were suspended in 40 mM potassium phosphate buffer (KPB), pH 7.9 containing 0.1 M NaCl and 5 mM imidazole, and E. coli cells were used using a sonicator. Was crushed. After crushing, centrifugation was performed at 10,000 rpm, 4 ° C. for 30 minutes, and the supernatant was used as a crude protein extract. Subjecting the crude extract to Ni Sepharose TM 6 Fast Flow (GE Healthcare), washed with 0.5M NaCl and 40 mM imidazole-containing 40mM KPB, 10% (w / v) glycerol and 500 mM imidazole-containing 15 mM KPB, pH 7.5 To obtain a purified enzyme. The purified enzyme solution was desalted and concentrated using an Amicon Ultra-4 (Ultracel-10k) filter using 0.1 mM HEPES, pH 7.0 containing 5% (w / v) glycerol and 0.2M NaCl. went.

実施例5 酵素反応基質の合成(2−カルバモイルベンゾイルCoA)
1) 活性化エステルの合成
アルゴン下、アセトニトリル中でフタルアミド酸3g、N-ヒドロキシスクシンイミド3.6gおよびWSCI・H2O 8.0gを混和し、室温で2時間反応させた。反応後、CH2Cl2と水で分液し有機層を回収して溶媒を減圧留去した。得られた液状物をシリカゲルカラム(ヘキサン:酢酸エチル=10:1)にて精製し、フタルアミド酸のN-ヒドロキシスクシンイミドエステル(NHSエステル)を200mg得た。
2) CoAエステルの合成
得られたNHSエステル60mgを溶かしたアセトン溶液と、Coenzyme A 60mgと炭酸水素ナトリウム60 mgを溶かした水溶液とを混和し、4℃で24時間反応させた。アセトンを減圧留去した後、酢酸エチルと水で分液し水層を回収した。水層に含まれているCoAエステルを、C18 Sep-Packカラム(Waters)にて精製した。
3) 精製方法
分液で得られた水層に酢酸アンモニウムを加え、4%酢酸アンモニウム水溶液(サンプル)とした。メタノールと水でカラムを洗浄した後、サンプルと等量の4%酢酸アンモニウム水溶液を溶出させ、カラムの平衡化を行った。次に、サンプルを溶出させ、その後、等量の4%酢酸アンモニウムを溶出させた。最後にサンプルの3倍量の水を溶出し、回収した。凍結乾燥にて水を除去し、CoAエステル12mgを得た。
Example 5 Synthesis of enzyme reaction substrate (2-carbamoylbenzoyl CoA)
1) Synthesis of activated ester Under argon, 3 g of phthalamic acid, 3.6 g of N-hydroxysuccinimide and 8.0 g of WSCI · H 2 O were mixed in acetonitrile and reacted at room temperature for 2 hours. After the reaction, the mixture was separated with CH 2 Cl 2 and water to recover the organic layer, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained liquid was purified with a silica gel column (hexane: ethyl acetate = 10: 1) to obtain 200 mg of N-hydroxysuccinimide ester (NHS ester) of phthalamic acid.
2) Synthesis of CoA ester An acetone solution in which 60 mg of the obtained NHS ester was dissolved was mixed with an aqueous solution in which 60 mg of Coenzyme A and 60 mg of sodium bicarbonate were dissolved, and the mixture was reacted at 4 ° C for 24 hours. Acetone was distilled off under reduced pressure, and the mixture was partitioned between ethyl acetate and water, and the aqueous layer was recovered. The CoA ester contained in the aqueous layer was purified with a C18 Sep-Pack column (Waters).
3) Purification method Ammonium acetate was added to the aqueous layer obtained by liquid separation to prepare a 4% aqueous ammonium acetate solution (sample). After washing the column with methanol and water, an equal volume of 4% aqueous ammonium acetate was eluted from the sample to equilibrate the column. The sample was then eluted, followed by an equal volume of 4% ammonium acetate. Finally, 3 times the amount of water as the sample was eluted and collected. Water was removed by lyophilization to obtain 12 mg of CoA ester.

実施例6 酵素反応および化合物解析
変異酵素20μg、CoAエステル25μg、マロニルCoA 50μgを0.1Mリン酸緩衝液(pH 6.5)500μl中で混和し、30℃、24時間反応させた。20%HClを20μl加えた後、酢酸エチルを用いて酵素反応生成物を抽出した。得られた物質をBruker Daltonics esquire4000によるLC-ESIMSにより測定を行った。TSK-gel ODS-80TsQA(2.0×150 mm)(Tosoh)カラムにより流速0.2mL/min、1%酢酸を含む水およびメタノール(MeOH)を用いて、0-5min, 30% MeOH; 5-17min, 30-60% MeOH; 17-25min, 60% MeOH; 25-27min, 60-70% MeOH; 27-35min, 70% MeOH; 35-40min, 100% MeOH、検出波長=280nmの条件で測定を行った。
Example 6 Enzyme Reaction and Compound Analysis Mutant enzyme 20 μg, CoA ester 25 μg, malonyl CoA 50 μg were mixed in 500 μl of 0.1 M phosphate buffer (pH 6.5) and reacted at 30 ° C. for 24 hours. After adding 20 μl of 20% HCl, the enzyme reaction product was extracted with ethyl acetate. The obtained substance was measured by LC-ESIMS using Bruker Daltonics esquire4000. Using a TSK-gel ODS-80TsQA (2.0 × 150 mm) (Tosoh) column with a flow rate of 0.2 mL / min, water containing 1% acetic acid and methanol (MeOH), 0-5 min, 30% MeOH; 5-17 min, 30-60% MeOH; 17-25min, 60% MeOH; 25-27min, 60-70% MeOH; 27-35min, 70% MeOH; 35-40min, 100% MeOH, measured at 280nm detection wavelength It was.

実施例7 化合物の構造決定
得られた分子量(MW)255のプロダクトをNMRにて構造決定した。
NMR測定器JNM-ECX 500 (JEOL)
1H-NMR(500 MHz, DMSO) (ppm): 9.38(s, 1H, OH), 8.27 (s, 1H, CONH), 7.91 (d, J = 7.0 Hz, 1H, Ar), 7.51 (t, J = 7.0, 7.0 Hz, 2H, Ar), 7.40 (d, J = 7.0 Hz, 1H, Ar), 6.85 (d, J = 2.0 Hz, 1H, Ar), 5.06 (d, J = 2.0 Hz, 1H, Ar)
13C-NMR(125 MHz, DMSO) (ppm): 188.5 (C=O), 172.1 (Ar), 165.1 (CONH), 163.5 (Ar), 159.8 (Ar), 137.0 (Ar), 136.2 (Ar), 132.8 (Ar), 132.7 (Ar), 121.3 (Ar), 121.3 (Ar), 121.0 (Ar), 95.5 (Ar), 94.6 (Ar), 86.3 (Ar)
Bruker Daltonics microTOFにより分子量を測定した。
m/z 256.0604 (M+H)+, C14H10NO4
構造式は、以下の通りである。
Example 7 Structure Determination of Compound The structure of the obtained product having a molecular weight (MW) of 255 was determined by NMR.
NMR measuring instrument JNM-ECX 500 (JEOL)
1 H-NMR (500 MHz, DMSO) (ppm): 9.38 (s, 1H, OH), 8.27 (s, 1H, CONH), 7.91 (d, J = 7.0 Hz, 1H, Ar), 7.51 (t, J = 7.0, 7.0 Hz, 2H, Ar), 7.40 (d, J = 7.0 Hz, 1H, Ar), 6.85 (d, J = 2.0 Hz, 1H, Ar), 5.06 (d, J = 2.0 Hz, 1H , Ar)
13 C-NMR (125 MHz, DMSO) (ppm): 188.5 (C = O), 172.1 (Ar), 165.1 (CONH), 163.5 (Ar), 159.8 (Ar), 137.0 (Ar), 136.2 (Ar) , 132.8 (Ar), 132.7 (Ar), 121.3 (Ar), 121.3 (Ar), 121.0 (Ar), 95.5 (Ar), 94.6 (Ar), 86.3 (Ar)
The molecular weight was measured by Bruker Daltonics microTOF.
m / z 256.0604 (M + H) + , C 14 H 10 NO 4
The structural formula is as follows.

実施例8 抗菌アッセイ
細菌を加えた液体培地を、実施例7で構造決定した化合物とともにウェルに入れて培養し、コロニー形成の有無で抗菌活性があるか判断した。本アッセイに用いた細菌は、メチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)であった。
細菌をLB液体培地にて37℃、16時間培養した。培養後、ミューラーヒントン培地10mlに菌液10μlを混ぜ、1ウェル100μlずつ96ウェルプレートに菌液を入れた。片側末端の列は198μlとした。化合物1および2をそれぞれDMSOに溶かし、2.4mg/mlとした。また、ポジティブコントロールとして、アンピシリン(10mg/ml)、ネガティブコントロールとして0.9%生理食塩水を用いた。
片側末端の列にアンピシリン、サンプル、生理食塩水を2μlずつ加え、100倍希釈しこの濃度を最高濃度とした。その後、隣のウェルへ半量ずつ移しながら倍々希釈し、37℃、16時間インキュベートした。
その結果、アッセイしたすべての濃度で細菌の増殖が見られ、殺菌作用は現在の濃度では確認出来なかった。しかしながら、化合物1を添加したウェルではコロニー形成が阻害されており、バイオフィルム阻害が観察された。化合物1は式(II)の化合物であり、化合物2は実施例6の酵素反応によって式(II)の化合物とともに得られた酵素反応生成物であり、下記式で表される化合物である。
式(II)の化合物のMinimum Inhibitory Concentration(MIC)は12.5μg/mlであった。
Example 8 Antibacterial Assay A liquid medium containing bacteria was placed in a well together with the compound whose structure was determined in Example 7 and cultured, and whether or not there was antibacterial activity was determined by the presence or absence of colony formation. The bacterium used in this assay was methicillin sensitive S. aureus (MSSA).
Bacteria were cultured in LB liquid medium at 37 ° C. for 16 hours. After culturing, 10 μl of the bacterial solution was mixed with 10 ml of Mueller Hinton medium, and 100 μl of each well was put into a 96-well plate. The column at one end was 198 μl. Compounds 1 and 2 were each dissolved in DMSO to give 2.4 mg / ml. Ampicillin (10 mg / ml) was used as a positive control, and 0.9% physiological saline was used as a negative control.
2 μl of ampicillin, sample, and physiological saline were added to each column at one end and diluted 100 times to obtain the maximum concentration. Thereafter, the mixture was diluted half-fold while transferring half by half to the next well and incubated at 37 ° C. for 16 hours.
As a result, bacterial growth was observed at all concentrations assayed, and bactericidal activity could not be confirmed at the current concentration. However, in the wells to which Compound 1 was added, colony formation was inhibited and biofilm inhibition was observed. Compound 1 is a compound of formula (II), Compound 2 is an enzyme reaction product obtained together with the compound of formula (II) by the enzyme reaction of Example 6, and is a compound represented by the following formula.
Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of the compound of formula (II) was 12.5 μg / ml.

含窒素人工基質を用いた非天然型新規アルカロイド骨格の創出
本発明者らが以前クローニングに成功したトウゲシバ(Huperzia serrata)由来PKS1は、比較的大きな基質結合部位を有する新規III型PKSであり、クマロイルCoAを開始基質として3分子のマロニルCoAを順次縮合の後、カルコンを生成する(図1A)。今回、天然型酵素に化学合成した2−カルバモイル安息香酸のCoAチオエステルを開始基質として作用させた場合、2分子のマロニルCoA(またはメチルマロニルCoA)を順次縮合の後,6−5−6縮合環構造を有する3環性非天然型新規アルカロイドを収率80%で単一生成物として与えることを見出した(図1B)。一方、これとは対照的に、PKS1のX線結晶構造解析に基づき、活性中心キャビティを拡大したS348G点変異酵素では、上記図1Bに示す反応に加えて、3分子のマロニルCoAを順次縮合の後、6−7−6縮合環構造を有する3環性非天然型新規アルカロイドを生成することを見出した(図1C)。
Creation of unnatural new alkaloid skeleton using nitrogen-containing artificial substrate PKS1 derived from Huperzia serrata, which was previously cloned by the present inventors, is a novel type III PKS having a relatively large substrate binding site, coumaroyl After sequentially condensing three molecules of malonyl CoA using CoA as the starting substrate, chalcone is generated (FIG. 1A). In this case, when a chemically synthesized CoA thioester of 2-carbamoylbenzoic acid was used as an initiation substrate, two molecules of malonyl CoA (or methylmalonyl CoA) were condensed sequentially, followed by a 6-5-6 condensed ring. It was found that a novel tricyclic unnatural alkaloid having a structure was obtained as a single product in a yield of 80% (FIG. 1B). On the other hand, in contrast to the reaction shown in FIG. 1B described above, the S348G point mutant enzyme with an enlarged active center cavity based on the X-ray crystal structure analysis of PKS1 sequentially condensed three molecules of malonyl CoA. Later, it was found that a novel tricyclic unnatural alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure was produced (FIG. 1C).

本発明者らは、これまで困難とされてきた、III型PKSのX線結晶構造解析に基づく合理的な酵素触媒機能の制御を展開している。C、H、O原子で構成される単純な「カルボニルの化学」を触媒するIII型PKSに、さらにNなどヘテロ原子を導入した人工基質を作用させれば、N原子の塩基性を利用した新たなC−NあるいはC−C結合の形成も可能になる。かかるヘテロ原子を導入した種々の人工基質とマロニルCoAまたはその誘導体を用いて、反応性に富むβ-ポリケトメチレン中間体からシッフ塩基の形成を介した分子内環化反応が進行して、複雑なアルカロイドの骨格を一挙に効率的に構築する超天然型新規生体触媒の創出が可能になる。   The present inventors have developed rational control of enzyme catalytic function based on X-ray crystal structure analysis of type III PKS, which has been considered difficult until now. If an artificial substrate into which a heteroatom such as N is introduced is allowed to act on a type III PKS that catalyzes a simple “carbonyl chemistry” composed of C, H, and O atoms, a new one utilizing the basicity of the N atom It is also possible to form a C—N or C—C bond. Using various artificial substrates and malonyl CoA or derivatives thereof introduced with such heteroatoms, an intramolecular cyclization reaction proceeds through the formation of a Schiff base from a highly reactive β-polyketomethylene intermediate, resulting in a complicated It is possible to create a novel supernatural biocatalyst that efficiently constructs the alkaloid skeleton at once.

本発明の変異III型ポリケタイド合成酵素を用いたアルカロイドの製造方法は、有機合成方法に比べて、クリーンかつマイルドな条件下で非天然型新規アルカロイドなどを効率的に製造することができる。本発明の変異III型ポリケタイド合成酵素およびそれを用いた製造方法は、適切な基質を選択することにより、医薬品、化粧品、食品(機能性食品)の原材料として有用な様々な新規アルカロイドを提供することができる。   The method for producing alkaloids using the mutant type III polyketide synthase of the present invention can efficiently produce non-natural new alkaloids and the like under clean and mild conditions as compared with organic synthesis methods. The mutant type III polyketide synthase and the production method using the same of the present invention provide various novel alkaloids useful as raw materials for pharmaceuticals, cosmetics, and foods (functional foods) by selecting appropriate substrates. Can do.

Claims (10)

式(I):
(式中、
、R、RおよびRは同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を、
は水素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C3−6シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基またはアシル基を、
は同一または異なって、水素原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示し、
さらに、R、R、RまたはRが結合する炭素原子の位置に窒素原子が導入されていてもよい。)で表される化合物またはその塩。
Formula (I):
(Where
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
R 5 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, a C 3-6 cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group or an acyl group,
R 6 is the same or different and represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
Furthermore, a nitrogen atom may be introduced at the position of the carbon atom to which R 1 , R 2 , R 3 or R 4 is bonded. Or a salt thereof.
、R、RおよびRが水素原子、Rが水素原子ならびにRが水素原子である請求項1記載の化合物またはその塩。 The compound or a salt thereof according to claim 1 , wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms, R 5 is a hydrogen atom and R 6 is a hydrogen atom. 変異III型ポリケタイド合成酵素を触媒として用いて、下記式:
(式中、
、R、RおよびRは同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を、
は水素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C3−6シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基またはアシル基を示し、
さらに、C−R、C−R、C−RまたはC−R結合が窒素原子に置換されていてもよい。)で表される2−カルバモイルベンゾイルCoA誘導体と、下記式:
(式中、Rは水素原子、C1−6アルキル基またはアルコキシ基を示す。)で表されるマロニルCoA誘導体とを縮合反応させる工程を含む、請求項1または2に記載の化合物の製造方法。
Using a mutant type III polyketide synthase as a catalyst, the following formula:
(Where
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group,
R 5 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, a C 3-6 cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, a heterocyclic group or an acyl group,
Furthermore, the C—R 1 , C—R 2 , C—R 3 or C—R 4 bond may be substituted with a nitrogen atom. 2-carbamoylbenzoyl CoA derivative represented by the following formula:
(In the formula, R 6 represents a hydrogen atom, a C 1-6 alkyl group or an alkoxy group.) The production of the compound according to claim 1 or 2 comprising a step of subjecting the malonyl CoA derivative to a condensation reaction. Method.
変異III型ポリケタイド合成酵素が野生型III型ポリケタイド合成酵素の活性中心キャビティを構成するセリン残基からグリシンまたはアラニン残基への点変異酵素である、請求項3に記載の製造方法。   The production method according to claim 3, wherein the mutant type III polyketide synthase is a point mutant enzyme from serine residue to glycine or alanine residue constituting the active center cavity of wild type III polyketide synthase. 野生型III型ポリケタイド合成酵素がHuperzia serrata由来野生型III型ポリケタイド合成酵素である、請求項4に記載の製造方法。   The production method according to claim 4, wherein the wild type III polyketide synthase is a Huperzia serrata-derived wild type III polyketide synthase. 下記(A1)〜(A3)のアミノ酸配列を含む、変異III型ポリケタイド合成酵素:
(A1)配列番号2のアミノ酸配列;
(A2)配列番号3のアミノ酸配列;または
(A3)上記(A1)または(A2)のいずれかのアミノ酸配列の348位以外の位置において、さらに1〜数個のアミノ酸が置換、欠失または付加の変異が導入されてなるアミノ酸配列であって、当該変異導入後のアミノ酸配列からなるタンパク質が6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有するアミノ酸配列。
Mutant type III polyketide synthase comprising the following amino acid sequences (A1) to (A3):
(A1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(A2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3; or (A3) 1 to several amino acids are further substituted, deleted or added at positions other than position 348 of the amino acid sequence of any of the above (A1) or (A2) An amino acid sequence having the ability to synthesize a tricyclic alkaloid in which the protein comprising the amino acid sequence after the mutation is introduced has a 6-7-6 condensed ring structure.
請求項3〜6いずれか1項に記載の変異III型ポリケタイド合成酵素をコードする遺伝子。   A gene encoding the mutant type III polyketide synthase according to any one of claims 3 to 6. 下記(B1)〜(B3)のポリヌクレオチドを含む、請求項7に記載の遺伝子:
(B1)配列番号5の塩基配列からなるポリヌクレオチド;
(B2)配列番号6の塩基配列からなるポリヌクレオチド;または
(B3)上記(B1)または(B2)のいずれかの塩基配列と70%以上の配列同一性を有する塩基配列からなるポリヌクレオチドからなり、かつ6−7−6縮合環構造を有する3環性アルカロイド合成能を有する酵素をコードするポリヌクレオチド。
The gene according to claim 7, comprising the following polynucleotides (B1) to (B3):
(B1) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5;
(B2) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6; or (B3) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having 70% or more sequence identity to any of the nucleotide sequences of (B1) or (B2) above. And a polynucleotide encoding an enzyme having the ability to synthesize a tricyclic alkaloid having a 6-7-6 fused ring structure.
請求項7または8に記載の遺伝子を含有する組換えベクター。   A recombinant vector containing the gene according to claim 7 or 8. 請求項9に記載の組換えベクターを導入してなる形質転換体。   A transformant into which the recombinant vector according to claim 9 has been introduced.
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