ゲノムマイニングを活用した新規天然化合物の効率的な探索

• Material Type: 文書・図像類
• Title: ゲノムマイニングを活用した新規天然化合物の効率的な探索
• Author/Editor: 植草, 義徳
• Author Heading: 植草, 義徳
• Publication, Distribution, etc.: 慶應義塾大学
• Publication Date: 2021
• Publication Date (W3CDTF): 2021
• Alternative Title: ゲノム マイニング オ カツヨウシタ シンキ テンネン カゴウブツ ノ コウリツテキナ タンサク; Genomu mainingu o katsuyōshita shinki tennen kagōbutsu no kōritsutekina tansaku; Efficient discovery of novel natural products using genome mining
• Periodical title: 学事振興資金研究成果実績報告書
• Text Language Code: jpn; eng
• Target Audience: 一般
• Note (General): type:text; 本研究では，ゲノムマイニングとノンターゲットLC-MS/MS分析に基づいたGNPS（分子ネットワーク）解析，さらにAI 支援によるNMRスペクトル解析を駆使することで，海洋性シアノバクテリアの一種であるMoorea producens PAL（以下，PAL）から新規化合物を効率的に単離し，それら平面構造を決定した． まず，PALの全ゲノムを用いてantiSMASH解析を行って得られた42種の生合成遺伝子クラスター（BGC）のうち，既に判明している既知化合物（palmyramide Aおよびcuracin D）の生合成を担うと予想されているBGCを除いた残りについて，生合成するであろう二次代謝産物の化学構造を推測した．次に，PALが産生する新規化合物を発見するため，PAL抽出物をノンターゲットLC-MS/MS分析に供し，取得したデータをGNPS解析することで分子ネットワークを構築した．その結果，ディレプリケーション（既知化合物の排除）によって既知化合物を含むクラスターと未知化合物のみで構成されるクラスターを明確に区別することができた．このことから，本手法は新規天然化合物の探索研究を効率化する非常に強力な分析基盤であることが実証された． 続いて，分子ネットワーク上で未知化合物のみで構成されるクラスターに属する化合物を単離し， MS/MSスペクトル解析とAI 支援によるNMRスペクトル解析（SMART）を利用しながら平面構造を決定した．Honuaiakeamide類と命名した4種の化合物は，同一の環状構造を有しており，それぞれアセチル基の数のみが異なる類縁体であった．また前述した42種のBGCから，これらhonuaiakeamide類の生合成を担うBGCを特定することに成功した．構築した分子ネットワークと予測されたBGCの数は，他にもPAL抽出物中に複数の新規化合物が存在していることを示唆しており，これら化合物の単離・構造決定を引き続き行っている． 以上の研究成果は，既に2つの学術集会にて発表済である． In this study, we investigated novel compounds efficiently isolated from marine cyanobacteria Moorea producens PAL and their planar structures were determined, by using genome mining, GNPS analysis (molecular networking) based on non-targeted LC-MS/MS analyses, and an AI-assisted structure prediction technique. First, the chemical structures of 42 biosynthetic gene clusters (BGCs) obtained by antiSMASH analysis of the entire PAL genome were inferred for the secondary metabolites that these BGCs would biosynthesize, excepting the BGCs that are predicted to be responsible for the biosynthesis of known compounds (palmyramide A and curacin D). Next, to discover novel compounds produced by PAL, the extract was subjected to non-targeted LC-MS/MS analysis, and the acquired data were analyzed by GNPS to construct a molecular networking. As the results, we were able to clearly distinguish clusters containing known compounds from those consisting only of unknown compounds by dereplication (elimination of known compounds). This demonstrates to be a very powerful analytical platform that streamlines the discovery for novel natural products. The four compounds named "honuaiakeamides" have the same ring structure, and the analogues differed only in the number of acetyl groups. From the 42 BGCs mentioned above, we succeeded in identifying the BGCs responsible for the biosynthesis of these honuaiakeamides. The molecular networking established and the predicted number of BGCs suggest the presence of several other novel compounds in the PAL extract, and we are continuing to isolate these compounds and determine their structures. These results have already been presented at two scientific meetings.
• Access Restrictions: 限定公開
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 慶應義塾大学 : 慶應義塾大学学術情報リポジトリ