天然物生合成における新奇金属酵素反応の発見~ニッケル依存性酵素によるスルホンアミド形成機構を解明~

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2026-02-23 東京大学

東京大学大学院薬学系研究科の研究グループは、天然物アルテミシジン生合成に関与する酵素SbzMの構造と反応機構を解明した。X線結晶構造解析、生化学実験、安定同位体標識、分光解析、計算化学を統合し、SbzMがNi2+/Ni3+の酸化還元サイクルと2分子の酸素を用いてL-システインからスルホンアミド基を形成する新奇機構を世界で初めて明らかにした。従来の鉄依存型酵素とは異なるニッケル依存性反応であり、天然物生合成における金属酵素化学の理解を拡張する成果である。医薬品に重要なスルホンアミド化合物の創製や産業応用への展開が期待される。成果はNature Catalysisに掲載。

天然物生合成における新奇金属酵素反応の発見~ニッケル依存性酵素によるスルホンアミド形成機構を解明~

SbzM の構造と酵素反応

<関連情報>

ニッケル依存性スルホンアミド合成酵素の構造・機能および機構解析 Structure–function and mechanistic analyses of nickel-dependent sulfonamide synthase

Yuhao Zhu,Takahiro Mori,Henrik P. H. Wong,Takayoshi Awakawa,Sam P. de Visser & Ikuro Abe

Nature Catalysis  Published:23 February 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01493-z

Abstract

The sulfonamide group is an important functional group in biology and medicine that shows unique chemical properties and functions and is widely used in many marketed drugs. However, insertion of a sulfonamide group into a chemical scaffold is challenging and little is known about enzymatic sulfonamide biosynthesis. Here we show the structure, function and mechanism of the sulfonamide synthase SbzM, which is involved in the biosynthesis of altemicidin. Biochemical investigations established that SbzM strictly utilizes Ni2+ to convert L-cysteine into 2-sulfamoylacetic aldehyde via an initial decarboxylation followed by sulfur oxidation, representing a cysteine metabolism pathway distinct from those of canonical Fe2+-dependent cysteine dioxygenases. Further mechanistic studies, including site-directed mutagenesis, 18O-labelling, oxygen stoichiometry and computational studies, provided detailed insights into the SbzM-catalysed sulfonamide-formation reaction, which uses two dioxygen molecules and a Ni2+/Ni3+ redox cycle during catalysis. This study proposes a sulfonamide biosynthesis pathway with potential applications in biotechnology for sulfonamide synthesis through an environmentally benign process.

有機化学・薬学
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