細菌ベンゾイルコエンザイムAリガーゼと植物III型ポリケチド合成酵素に由来する生理活性分子の化学酵素合成と生物学的評価

Chemoenzymatic Synthesis and Biological Evaluation for Bioactive Molecules Derived from Bacterial Benzoyl Coenzyme A Ligase and Plant Type III Polyketide Synthase.

• Kamal Adhikari
• I-Wen Lo
• Chun-Liang Chen
• Yung-Lin Wang
• Kuan-Hung Lin
• Saeid Malek Zadeh
• Rajesh Rattinam
• Yi-Shan Li
• Chang-Jer Wu
• Tsung-Lin Li

抄録

植物のIII型ポリケチド合成酵素は、多様な生理活性分子を産生し、ヒトの病気の治療に大きな意義を持っている。本研究では、生理活性のない様々な基質を受け入れて非天然のポリケチド生成物を生成するスチルベン合成酵素(STS)の汎用性を実証した。本研究では、3種類の酵素（4-クマール酸CoAリガーゼ、マロニル-CoA合成酵素、人工安息香酸CoAリガーゼ）と合成化学を用いて、スチルベン合成酵素のスターター基質とエクステンダー基質を合成した。その結果、安息香酸CoAリガーゼ(BadA)は、2-クロロ-1,3-チアゾール-5-カルボキシル-AMPまたは2-メチルチアゾール-5-カルボキシル-AMP中間体の形態または複合体の結晶構造をそれぞれ1.57Å、1.7Å、2.13Åの分解能で決定し、珍しいCoAスターターの生産能力を実証した。STSは幅広い基質多様性を示し、構造的に多様なポリケチド生成物を効果的に提供することができた。7種類の新規生成物は、様々な癌細胞株(A549, HCT116, Cal27)に対して所望の細胞毒性を示した。また、選択された2種類の化合物を処理することで、癌細胞は用量依存的に細胞アポトーシスを起こした。このように、構造誘導型酵素工学を用いた前駆体誘導生合成は、有望な生物学的活性を有するリード化合物の医薬品レパートリーを大幅に拡大することができました。

Plant type III polyketide synthases produce diverse bioactive molecules with a great medicinal significance to human diseases. Here, we demonstrated versatility of a stilbene synthase (STS) from , which can accept various non-physiological substrates to form unnatural polyketide products. Three enzymes (4-coumarate CoA ligase, malonyl-CoA synthetase and engineered benzoate CoA ligase) along with synthetic chemistry was practiced to synthesize starter and extender substrates for STS. Of these, the crystal structures of benzoate CoA ligase (BadA) from in an form or in complex with a 2-chloro-1,3-thiazole-5-carboxyl-AMP or 2-methylthiazole-5-carboxyl-AMP intermediate were determined at resolutions of 1.57 Å, 1.7 Å, and 2.13 Å, respectively, which reinforces its capacity in production of unusual CoA starters. STS exhibits broad substrate promiscuity effectively affording structurally diverse polyketide products. Seven novel products showed desired cytotoxicity against a panel of cancer cell lines (A549, HCT116, Cal27). With the treatment of two selected compounds, the cancer cells underwent cell apoptosis in a dose-dependent manner. The precursor-directed biosynthesis alongside structure-guided enzyme engineering greatly expands the pharmaceutical repertoire of lead compounds with promising/enhanced biological activities.