環状リポペプチドの化学-酵素ハイブリッド合成~有用生物活性環状ペプチドの迅速な同定に期待~

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2025-11-05 北海道大学

北海道大学大学院薬学研究院の脇本敏幸教授、松田研一准教授らの研究チームは、非リボソームペプチド環化酵素を利用した新しい環状リポペプチドの化学–酵素ハイブリッド合成法を開発した。環状リポペプチドは強力な抗菌活性を示すが、複雑な構造ゆえに多様なライブラリー合成が困難だった。本研究では、通常はペプチド両末端を結合するhead-to-tail型の環化酵素を、基質設計の工夫によってside chain結合を介するラリアット型環構築に転用することに成功。さらに、選択的アシル化反応と組み合わせることで、配列や環サイズの異なる誘導体を効率的に作り分けられるモジュラー合成戦略を確立した。本手法で合成した複数の新規環状リポペプチドは、非結核性抗酸菌(Mycobacterium intracellulare)の増殖を8–16 µg/mLで50%抑制。天然物酵素の高い化学選択性を有機合成化学に組み込むこのアプローチは、新規抗菌薬や創薬シード化合物探索を加速する画期的技術として注目される。成果は『Nature Chemistry』誌に掲載。

環状リポペプチドの化学-酵素ハイブリッド合成~有用生物活性環状ペプチドの迅速な同定に期待~
非リボソームペプチド環化酵素によるラリアット環の選択的な構築

<関連情報>

非リボソームペプチドによるラリアットリポペプチドの化学-酵素合成 Non-ribosomal peptide cyclase-directed chemoenzymatic synthesis of lariat lipopeptides

Masakazu Kobayashi,Kenichi Matsuda,Yuito Yamada,Rintaro Ichihara,Naho Onozawa,Hanako Fukano,Yoshihiko Hoshino,Aki Hirabayashi,Masato Suzuki,Akira Katsuyama,Satoshi Ichikawa & Toshiyuki Wakimoto
Nature Chemistry  Published:04 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-025-01979-6

Abstract

Lariat-shaped lipopeptides are important antimicrobial agents; however, their complex structures pose synthetic challenges that hamper efficient structural diversification. Here we report a new chemoenzymatic approach that facilitates access to lariat-shaped macrocycles. Unprotected, branched peptides bearing multiple nucleophiles, including a native amino terminus and a pseudo-amino terminus, were site-selectively cyclized using versatile non-ribosomal peptide cyclases, generating an array of lariat peptides with diverse sequences and ring sizes. The generality of this strategy was demonstrated using two penicillin-binding protein-type thioesterases, SurE and WolJ, as well as one type-I thioesterase, TycC thioesterase. Furthermore, the remaining nucleophile, which was not involved in the cyclization process, was exploited as a reactive handle for subsequent diversification via a site-selective acylation reaction (that is, Ser/Thr ligation). The tandem cyclization–acylation strategy enabled the one-pot, modular synthesis of lariat-shaped lipopeptides equipped with various acyl groups. Biological screening revealed that the site-selective acylation endowed the macrocyclic scaffolds with antimycobacterial activity and led to the identification of lipopeptides that inhibit 50% of growth at concentrations of 8–16 µg ml-1.

有機化学・薬学
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