抗がん剤5-アザシチジンの特徴的骨格の形成機構を解明~酵素による「骨格編集」で1,3,5-トリアジン環をつくる~

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2026-10-06 北海道大学

北海道大学などの研究グループは、血液がん治療薬5-アザシチジンが放線菌内で作られる生合成経路を解明した。約60年間不明だった生合成遺伝子群を特定し、AzcE、AzcA、AzcB/Cという3種類の酵素が特徴的な5-アザシトシン骨格を形成することを明らかにした。特にAzcAは、通常のピリミジン環を1,3,5-トリアジン環へ組み替える「骨格編集反応」を触媒する新規酵素であることが判明した。研究では、ゲノム解析、組換え酵素を用いた生化学解析、X線結晶構造解析、クライオ電子顕微鏡、同位体標識実験、量子化学計算を組み合わせ、酵素反応の詳細を解明した。今回発見された酵素反応は、天然物の新たな分子骨格変換や、酵素を利用した有用物質・医薬品の創製につながる可能性がある。

抗がん剤5-アザシチジンの特徴的骨格の形成機構を解明~酵素による「骨格編集」で1,3,5-トリアジン環をつくる~
5-アザシチジンの生合成に見出した生合成経路と新規反応

<関連情報>

抗がん性ヌクレオシドアナログ5-アザシチジンの生合成において1,3,5-トリアジン骨格を形成する酵素的骨格編集反応 Enzymatic skeletal editing reaction forming the 1,3,5-triazine core during biosynthesis of the anticancer nucleoside analogue 5-azacytidine

Akari Umezawa, Takeshi Tsunoda, Yu Nakashima, Yung-Lin Wang, Tomoki Yoneda, Chitose Maruyama, Ning-Shian Hsu, Taro Matsuyama, Kazunori Miyamoto, Hajime Sato, Asuha Shimose, Reo Takazawa, Yoshimitsu Hamano, Tsung-Lin Li, Yasuhide Inokuma, Masanobu Uchiyama, Yasushi Ogasawara, Hiroyuki Morita & Tohru Dairi
Nature Catalysis  Published:07 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01611-x

Abstract

5-Azacytidine is a cytidine-mimic nucleoside containing the 1,3,5-triazine base 5-azacytosine and is currently used to treat myelodysplastic syndrome, a group of blood cancers. 5-Azacytidine was initially reported as a synthetic cytidine analogue before its isolation as a natural product in 1966. Since then, its biosynthesis has remained unexplored, probably because it was regarded as a synthetic analogue. Here we identified the 5-azacytidine biosynthetic gene cluster and revealed unusual catalytic reactions underlying 5-azacytosine biosynthesis through biochemical, structural and density functional theory analyses. AzcE, a guanosine triphosphate (GTP) cyclohydrolase, converts GTP to 2,5,6-triaminopyrimidin-4(1H)-one; AzcA, a cupin domain-containing enzyme, remodels the carbon–nitrogen framework of the pyrimidine into 6-amino-4-oxo-1,4-dihydro-1,3,5-triazine-2-carboxylic acid through selective cleavage and reassembly of the heterocyclic skeleton; and AzcB/C catalyses an unusual thiamine pyrophosphate-dependent decarboxylation at the α‑imino carboxylic acid moiety of the AzcA product to complete 5‑azacytosine biosynthesis. This work uncovers intriguing enzymatic chemistry in the biosynthesis of a long-known therapeutic natural product, highlighting opportunities for discovering enzymatic diversity.

有機化学・薬学
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