【研究室概要】

 私たちの研究室では,微生物が生産する様々な生物活性物質の探索を行うとともに,それらの化学構造や作用,生合成などについて研究しています。私たちの最大の目標は新しい医薬を創製することですが,生物活性物質の作用や生合成の解析を通じて複雑な生命現象を解明することも重要な研究目的として捉えています。探索研究のターゲットはがんや神経疾患に対する新しい治療薬が中心となっています。がん遺伝子を導入した細胞に対して選択的に作用する物質,神経細胞を細胞ストレスから保護する物質などを検出する新しい生物評価系を構築し,微生物の培養液から活性物質を探索しています。これらの研究に加えて,生物活性をもつ微生物代謝産物の生合成機構について,有機化学的手法と分子生物学的手法の両面から解析を行い,遺伝子・酵素レベルでの解明をめざしています。
 微生物は、実に多種多様な有機化合物を生産しています。私たちは微生物に秘められた無限の可能性を信じて、日々宝探しを楽しんでいます。

図1.Apoptolidinの発見


【研究テーマ】


1.がん遺伝子導入細胞に対して選択的にアポトーシスを誘導する物質の探索
2.細胞のストレス応答制御物質の探索
3.Thioviridamideの生合成研究
4.Roseophilinの生合成研究

1.がん遺伝子導入細胞に対して選択的にアポトーシスを誘導する物質の探索

 遺伝的にプログラムされた細胞死であるアポトーシスはがん遺伝子によっても制御されています。アデノウイルスのE1Aがん遺伝子はRBがん抑制遺伝子産物の働きを抑制し,細胞のアポトーシス感受性を上昇させます。したがって、このようながん遺伝子が活性化したがん細胞では正常細胞とアポトーシス感受性が異なる可能性が考えられます。私たちがNocardiopsis属放線菌の培養液中から発見したapoptolidinは,E1Aがん遺伝子導入細胞に対して低濃度でアポトーシスを誘導するのに対して,正常細胞には全く影響を与えませんでした。Apoptolidinの立体構造は2次元NMR解析とNMR距離解析により明らかになっています(図1)。

2.細胞のストレス応答制御物質の探索

 細胞は生体内で様々なストレスに曝されていますが,細胞ストレスの蓄積はタンパク質変性から細胞死を引き起こします。このようなストレス環境下で,タンパク質変性の抑制を担う一群のタンパク質を分子シャペロンと呼びます。分子シャペロンの発現異常は様々な疾病と関わっており,例えばアルツハイマー病における神経細胞死は分子シャペロンGRP78の低下に起因するという報告があります。また,分子シャペロンの過剰発現は癌細胞のストレス耐性の原因にもなっています。したがって,分子シャペロンの発現を上昇させる化合物には神経障害などにおける神経細胞保護物質としての効果が期待され,分子シャペロンの発現を低下させるような物質には抗癌作用が期待されます。私たちは分子シャペロン遺伝子のプロモーター領域に存在するストレス応答エレメントの下流にルシフェラーゼ遺伝子を導入し,この細胞が生産するルシフェラーゼの発光を検出することにより,ストレス応答制御物質の探索を試みています(図2)。

図2.ストレス応答制御物質の探索

3.Thioviridamideの生合成研究

 Thioviridamide(TVA)は,アデノウイルスがん遺伝子導入細胞に対して選択的にアポトーシスを誘導するペプチド化合物として発見されました。TVAのアミノ酸同士の結合には5つのチオアミド結合が含まれていますが,チオアミド結合を有する微生物代謝産物はほとんど知られていません(図3)。私たちは,TVAを生産する放線菌のゲノム解析を行い,TVAの前駆体ペプチド遺伝子(tvaA)を含む12遺伝子からなるtva遺伝子クラスターを同定しました(図4)。さらに,tva遺伝子クラスターを別の放線菌で発現させることによりTVAを生産させることに成功しました。

図3. Thioviridamideの構造

図4.tva遺伝子クラスターとTVA前駆体ペプチド


4.Roseophilinの生合成研究

 Roseophilin(RP)は2分子のピロールと1分子のフランが結合したユニークな構造を有しています(図5)。その生合成機構を明らかにすることを目的として,RP生合成遺伝子の取得を試みました。その結果,RPと類似構造をもつundecylprodiginine生合成遺伝子クラスターと類似のrph遺伝子クラスターを同定しました。現在、これらの遺伝子の機能を解析中です。

図5.Undecylprodiginine生産菌におけるred遺伝子クラスターと
   roseophilin生産菌におけるrph遺伝子クラスター


【研究発表】

Amemura-Maekawa, J., Hayakawa, Y., Sugie, H., Moribayashi, A., Kura, F., Chang, B., Wada, A., Watanabe, H.: Legioliulin, a new isocoumarin compound responsible for blue-white autofluorescence in Legionella (Fluoribacter) dumoffii under long-wave length UV light. Biochem. Biophys. Res. Commun., 323, 954-959 (2004).

Hayakawa, Y., Yamashita, T., Mori, T., Nagai, K., Shin-ya, K., Watanabe, H.: Structure of tyroscherin, an antitumor antibiotic against IGF-1-dependent cells from Pseudallescheria sp. J. Antibiot., 57, 634-638 (2004).

Shin-ya, K., Umeda, Y., Chijiwa, S., Furihata, K., Furihata, K., Hayakawa, Y., Seto, H.: Mevashuntin, a novel metabolite produced by inhibition of the mevalonate pathway in Streptomyces prunicolor. Tetrahedron Lett., 46, 1273-1276 (2005).

Hayakawa, Y., Sasaki, K., Adachi, H., Furihata, K., Nagai, K., Shin-ya, K.: Thioviridamide, a novel apoptosis inducer in transformed cells from Streptomyces olivoviridis. J. Antibiot., 59, 1-5 (2006).

Hayakawa, Y., Sasaki, K., Nagai, K., Shin-ya, K., Furihata, K.: Structure of thioviridamide, a novel apoptosis inducer from Streptomyces olivoviridis. J. Antibiot., 59, 6-10 (2006).

Hayakawa, Y., Shirasaki, S., Shiba, S., Kawasaki, T., Matsuo, Y., Adachi, K., Shizuri, Y.: Piericidins C7 and C8, new cytotoxic antibiotics produced by a marine Streptomyces sp. J. Antibiot., 60, 196-200 (2007)

Hayakawa, Y., Shirasaki, S., Kawasaki, T., Matsuo, Y., Adachi, K., Shizuri, Y.: Structures of new cytotoxic antibiotics, piericidins C7 and C8. J. Antibiot., 60, 201-203 (2007)

Park, H.-R., Chijiwa, S., Furihata, K., Hayakawa, Y., Shin-ya, K.: Relative and absolute configuration of versipelostatin, a down-regulator of molecular chaperone GRP78 expression. Org. Lett., 9, 1457-1460 (2007)

Mori, T., Yamashita, T., Furihata, K., Nagai, K., Suzuki, K., Hayakawa, Y., Shin-ya, K.: Burkholone, a new cytotoxic antibiotic against IGF-I dependent cells from Burkholderia sp. J. Antibiot., 60, 713-716 (2007)

Hayakawa, Y., Hattori, Y., Kawasaki, T., Kanoh, K., Adachi, K., Shizuri, Y., Shin-ya, K.: Efrapeptin J, a new down-regulator of the molecular chaperone GRP78 from a marine Tolypocladium sp. J. Antibiot., 61, 365-371 (2008)

Kawasaki, T., Sakurai, F., Hayakawa, Y.: A prodigiosin from the roseophilin producer Streptomyces griseoviridis. J. Nat. Prod., 71, 1265?1267 (2008)

Koyama, N., Inoue, Y., Sekine, M., Hayakawa, Y., Homma, H., Omura, S., Tomoda H.: Relative and absolute stereochemistry of quinadoline B, an inhibitor of lipid droplet synthesis in macrophages. Org. Lett., 10, 5273-5276 (2008)

Murakami, R., Shinozaki, J., Kajiura, T., Kozone, I., Takagi, M., Shin-Ya, K., Seto, H., Hayakawa, Y.: Ammocidins B, C and D, new cytotoxic 20-membered macrolides from Saccharothrix sp. AJ9571. J. Antibiot., 62, 123-127 (2009)

Ishigami, K., Katsuta, R., Shibata, C., Hayakawa, Y., Watanabe, H., Kitahara, T.: Synthesis and structure revision of tyroscherin, and bioactivities of its stereoisomers against IGF-1-dependent tumor cells. Tetrahedron, 65, 3629?3638 (2009)

Kawasaki, T., Sakurai, F., Nagatsuka, S., Hayakawa, Y.: Prodigiosin biosynthesis gene cluster in the roseophilin producer Streptomyces griseoviridis. J. Antibiot., 62, 271-276 (2009)

Hayakawa, Y., Nagatsuka, S., Kawasaki, T.: Dechlororoseophilin: a new cytotoxic metabolite from Streptomyces griseoviridis. J. Antibiot., 62, 531-532 (2009)

Kawasaki, T., Hirashima, R., Maruta, T., Sato, H., Maeda A., Yamada, Y., Takeda, M., Hayakawa, Y.: Cloning and characterization of a gene cluster for hatomarubigin biosynthesis in Streptomyces sp. strain 2238-SVT4. Appl. Environ. Microbiol., 76, 4201-4206 (2010)

Hayakawa, Y., Yamazaki, Y., Kurita, M., Kawasaki, T., Takagi, M., Shin-ya, K.: Flaviogeranin, a new neuroprotective compound from Streptomyces sp. J. Antibiot., 63, 379-380 (2010)

Kawasaki, T., Yamada, Y., Maruta, T., Maeda, A., Hayakawa, Y.: Hatomarubigin E, a biosynthetic intermediate of hatomarubigins C and a substrate of HrbU O-methyltransferase. J. Antibiot., 63, 725-727 (2010)

Iwatsuki, M., Ishimori, T., Yamamoto, T., Takata, K., Mori, M., Nonaka, K., Masuma, R., Hayakawa, Y., Hanaki, H., Shiomi, K., Omura, S.: Biverlactones A-D, new circumventors of arbekacin resistance in MRSA, produced by Penicillium sp. FKI-4429. Tetrahedron, 67, 6644-6648 (2011)

Takata, K., Iwatsuki, M., Yamamoto, T., Shirahata, T., Nonaka, K., Masuma, R., Hayakawa, Y., Hanaki, H., Kobayashi, Y., Petersson, G. A., Omura, S., Shiomi, K.: Aogacillins A and B produced by Simplicillium sp. FKI-5985: New circumventors of arbekacin resistance in MRSA. Org. Lett., 15, 4678-4681 (2013)

Izawa, M., Kawasaki, T., Hayakawa, Y.: Cloning and heterologous expression of the thioviridamide biosynthesis gene cluster from Streptomyces olivoviridis. Appl. Environ. Microbiol. 79, 7110-7113 (2013)

Hayakawa, Y., Kobayashi, T., Izawa, M.: Indanostatin, a new neuroprotective compound from Streptomyces sp. J. Antibiot. 66, 731-733 (2013)

Izawa, M., Kimata, S., Maeda, A., Kawasaki, T., Hayakawa, Y.: Functional analysis of hatomarubigin biosynthesis genes and production of a new hatomarubigin using a heterologous expression system. J. Antibiot. 67, 159-162 (2014)

Hayakawa, Y., Saito, J., Izawa, M., Shin-ya, K.: Actinopyrone D, a new downregulator of the molecular chaperone GRP78 from Streptomyces sp. J. Antibiot. 67, 831-834 (2014)

Hayakawa, Y., Akimoto, M., Ishikawa, A., Izawa, M., Shin-ya, K.: Curromycin A as a GRP78 downregulator and a new cyclic dipeptide from Streptomyces sp. J. Antibiot. 69, 187-188 (2016)



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