「ごちゃまぜ法」でペプチドを修飾する新規酵素を一挙に探索―ペプチドへの脂質付加を可能にする酵素レパートリーの拡張―

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2026-07-02 京都大学

京都大学、東京大学、横浜市立大学、神奈川大学の共同研究グループは、ペプチドへ脂質(プレニル基)を選択的に付加する酵素「プレニルトランスフェラーゼ」を効率よく探索する新手法「ごちゃまぜ人工基質法」を開発した。従来は天然基質を用いて候補酵素を一つずつ評価する必要があったが、本手法では多種類の人工ペプチドを混合した基質を用いることで、多数の候補酵素の機能を一括して評価できる。その結果、14種類の新規プレニルトランスフェラーゼを発見し、既知酵素数をほぼ倍増させるとともに、これまで知られていなかった複数の脂質化様式も明らかにした。さらに立体構造解析により、酵素のわずかな構造差が多様な反応特異性を生み出す仕組みも解明した。本成果は、ペプチド医薬品の課題である分解されやすさや体内滞留時間の短さを改善する脂質修飾技術の基盤となり、機能性ペプチドや医薬品候補の設計・機能改変を加速することが期待される。また、この探索法は他のペプチド修飾酵素にも応用可能であり、多様な機能性分子創製への展開が期待される。

「ごちゃまぜ法」でペプチドを修飾する新規酵素を一挙に探索―ペプチドへの脂質付加を可能にする酵素レパートリーの拡張―
本研究で開発した新規酵素探索手法の概略。Created with BioRender.com

<関連情報>

擬似天然プレニル化ペプチドを多様化するためのペプチドプレニルトランスフェラーゼの迅速スクリーニングプラットフォーム Rapid screening platform for peptide prenyltransferases to diversify pseudo-natural prenylated peptides

Sumika Inoue  (井上 澄香),Shunya Matsushita  (松下 峻也),Sayaka Ito  (伊藤 清香),Marin Yokomine  (横峰 真琳),Masayuki Satake  (佐竹 真幸),Chikako Okada  (岡田 千佳子),Keisuke Hamada  (濱田 恵輔),Yuchen Zhang  (張 宇琛),Risa Ohta  (太田 利紗),Taro Shiraishi  (白石 太郎),Hiroaki Suga  (菅 裕明),Masahiro Okada  (岡田 正弘),Toru Sengoku  (仙石 徹) & Yuki Goto  (後藤 佑樹)
Nature Catalysis  Published:01 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01560-5

Abstract

Peptide lipidation can enhance stability and permeability, yet biocatalysts for late-stage, site- and mode-selective modification remain limited. Here we established a streamlined activity-profiling system that rapidly assesses peptide-prenylating activities using an artificial substrate set. Screening 19 recombinant, putative cyanobactin prenyltransferases (PTases) uncovered 14 active enzymes with diverse catalytic properties, including five previously unreported modes of prenylation, bifunctionality towards Trp/Tyr and expanded donor utilization such as farnesylation. Co-crystal structures of seven PTases reveal how subtle active-site changes enable dual substrate recognition and accommodation of bulkier donors, highlighting the evolutionary diversification of catalytic functions. The enzymes tolerate non-native substrates, enabling late-stage, site- and mode-selective lipidation to construct pseudo-natural peptides. Together, these findings expand the enzymatic and mechanistic landscape of cyanobactin PTases, enlarging their functional repertoire and revealing the structural principles that govern the diversification of peptide prenylation chemistry.

生物化学工学
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