淡川 孝義酸化酵素進化による次世代型有用生体触媒の創出43Takayoshi AWAKAWA河内 卓彌44Takuya KOCHI(2021採択)The creation of artificial oxidation enzyme via functional evolution(Project 2021)遷移金属触媒のチェーンウォーキングを経る選択的結合切断・生成を利用した有機合成(2015採択）Organic Synthesis Using Selective Bond Cleavage and Formation via Chain-Walking of Transition Metal Catalysts(Project 2015)44旭硝子財団 助成研究成果報告（2022）大腸菌可溶型糸状菌由来P450酸化酵素AscE骨格を糸状菌酸化酵素へ適応することで可溶化酵素を作成し，その構造解析につなげるため，検討を行った．さらに新たな糸状菌由来酸化酵素発掘を目指して，アミノ酸より特異な化学骨格を合成する酸化酵素の発掘を行い，2-アミノイソ酪酸生合成中，アジリジン骨格を合成する新規α-ketoglutarate(αKG)依存性酸化酵素を発掘した．また，複雑骨格を有する糸状菌メロテルペノイドのケタール骨格を合成する2つのαKG依存性酸化酵素を同定し，それらがヘテロダイマーを形成して，機能することを示し，酸化酵素の新規活性構造を明らかにした．The AscE, a soluble fungal P450 oxygenase was fusioned with the other membrane-bound fungal P450 oxygenases, and we optimized the condition to obtain the chimeric enzyme from Escherichia coli. In addition, to discover new filamentous fungal oxidases, we have identified oxidase enzymes that synthesize specific chemical skeletons from amino acids, and have identified a novel α-ketoglutarate dependent oxygenase that synthesizes an aziridine skeleton in 2-aminoisobutyric acid biosynthesis. We also identified novel α-ketoglutarate dependent oxygenase pairs, TlxJ-TlxI which catalyzes three steps of oxidation to create complex structures of meroterpenoids. This is the first report to show that two α-ketoglutarate dependent oxygenases form a heterodimer for catalysis and utilize novel methodology to create functional oxygenase structures in secondary metabolite biosynthesis.チェーンウォーキング機構は，炭素鎖上を金属－炭素結合が移動することで通常困難な遠隔位での変換を可能とするため，これを利用した触媒的有機合成が盛んに行われている．しかし，最終生成物上にアルケンを形成する反応においては，そのアルケン部位の位置の制御が困難であるという課題があった．本研究において我々は，チェーンウォーキング機構とβ-酸素脱離を組み合わせることで，位置選択的なアルケン形成が可能であることを見出した．また，ここで開発した反応は，有機分子上の遠い位置における形式的な置換を行う「遠隔位置換反応」を実現したものであると考えられる．Chain walking enables transformations at remote positions, which are otherwise difficult to achieve, by mi-gration of a metal-carbon bond along an alkyl chain, and the use of the chain walking mechanism in catalytic organic synthesis has been widely explored. In the reactions to form an alkene moiety in the final product, however, it is challenging to form the alkene regioselectively. In this research, we developed a method for re-gioselective formation of alkenes by chain walking/β-oxygen elimination. The method developed here can be regarded as a “remote substitution reaction,” which enables formal substitution at remote positions in or-ganic molecules.
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