ポリエーテル系天然物の精巧な⽣合成経路を⼀般化 〜単独では⽴体構造を形成できない、極端に柔軟な酵素が存在する〜

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2026-05-08 東京科学大学

Hokkaido Universityを中心とする研究グループは、抗生物質モネンシンなどに代表されるポリエーテル系天然物の生合成において、長年未解明だった連続的エーテル環化反応の仕組みを解明した。研究では、MonBIIという酵素が単独では立体構造を形成しない「構造非形成タンパク質(IDP)」であり、相方タンパク質MonBIの存在下で初めて構造形成し、4段階連続の環化反応を触媒することを発見した。MonBI自体には触媒活性がなく、MonBIIの鋳型として機能することが判明した。NMR解析や結晶構造解析、分子動力学計算を組み合わせ、柔軟な酵素構造が大型基質を段階的に処理する様子を示した。さらに、この「ペア型酵素戦略」が他のポリエーテル天然物にも広く保存されていることを明らかにした。成果は天然物合成、生合成工学、タンパク質工学、AIによる構造予測研究への応用が期待され、『Nature Chemistry』に掲載された。

ポリエーテル系天然物の精巧な⽣合成経路を⼀般化 〜単独では⽴体構造を形成できない、極端に柔軟な酵素が存在する〜

図. MonBIIは単独では構造を形成していないが、MonBIが存在すると、構造を形成する(証明は、HSQCという核磁気共鳴法の手法)。この構造形成が、モネンシンを作るための4回連続環化反応に必要であることが分かった。

<関連情報>

相⽅として鋳型をもちいた構造形成戦略により、ポリエーテル⽣合成連続環化反応が可能となる A system of paired polyether epoxide hydrolases enables a mouldable enzyme for consecutive ring cyclization cascades

Nana Yabuno,Atsushi Minami,Taro Ozaki,Yuki Owada,Kohei Sawada,Ayaka Arai,Shusuke Sato,Aoi Sugiyama,Takashi Tadokoro,Tomoyasu Aizawa,Takuya Dosen,Tomo Nomai,Takanori Matsumaru,Junyang Liu,Tao Ye,Atsuji Kodama,Susumu Uchiyama,Kowit Hengphasatporn,Yasuteru Shigeta,Tomohide Saio,Katsumi Maenaka,Min Yao,Hiroyuki Kumeta,Hideaki Oikawa & Toyoyuki Ose

Nature Chemistry  Published:16 April 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-026-02122-9

Abstract

Ionophore polyethers, a major class of polyketide-derived natural products, are characterized by molecular skeletons featuring arrays of tetrahydrofuran and tetrahydropyran rings. However, the precise mechanism underlying their biosynthesis, suggested to occur by a sequential epoxide-opening and ether cyclization cascade to generate more than two ether rings, remains elusive. Here we explore the biosynthesis of monensin and reveal the indispensability of a heterodimeric assembly of polyether epoxide hydrolases (MonBI·MonBII), with MonBII providing the sole active site. Structural analysis demonstrated that MonBII harbours an unusually large cavity, enabling the consecutive cyclization of substrates containing γ-hydroxy triepoxide moieties. This cavity is formed by the remarkable flexibility of MonBII, which undergoes a dramatic structural transition from a predominantly disordered state to its active folded conformation exclusively in the presence of MonBI. Given the widespread conservation of MonBI- and MonBII-type enzymes, this study emphasizes a unified pairing mechanism, wherein one protomer functions as a molecular mould, facilitating the folding process and stabilizing the structure of its partner for catalysis.

生物化学工学
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