抗がん剤につながる天然物を生み出す巨大酵素の反応現場を活写 ―クライオ電子顕微鏡と2つの分子ツールが明かす天然物生合成の妙―

ad

2026-10-21 東京大学

東京大学などの国際共同研究チームは、抗腫瘍性天然物サフラシンBの複雑な5環性骨格を合成する巨大酵素SacCの立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて2.76 Åの高分解能で解明した。SacCは、通常の非リボソームペプチド合成酵素とは異なり、複数の反応を連続して進め、炭素–炭素結合を形成する特殊な酵素である。研究チームは、反応中間体を模倣した分子プローブと、酵素を安定化するパートナータンパク質SacEを組み合わせることで、構造解析が難しかった酵素の反応状態を捉えることに成功した。さらに、特殊なアミノ酸を選択的に認識する仕組みと、特異な環化反応を担うPictet–Spenglerドメインの構造を明らかにした。本成果は、天然物が生合成される分子機構の理解を深めるとともに、酵素工学による新規天然物類似化合物の創製や、抗がん剤候補の開発につながることが期待される

抗がん剤につながる天然物を生み出す巨大酵素の反応現場を活写 ―クライオ電子顕微鏡と2つの分子ツールが明かす天然物生合成の妙―
非リボソームペプチド合成酵素 SacC の立体構造解明

<関連情報>

MbtH様タンパク質と共有結合プローブ捕捉によって可能になったモノマー型サフラシンB非リボソームペプチド合成酵素のクライオ電子顕微鏡構造 Cryo-EM Structure of a Monomeric Safracin B Nonribosomal Peptide Synthetase Enabled by an MbtH-like Protein and Covalent Probe Trapping

Naoto Haraguchi;Kanami Takahashi;Kana Matsuda;Kiichi Honda;Ryo Tanifuji;Takashi Matsui;Takeshi Yokoyama;Christos Gatsogiannis;Yoshikazu Tanaka;Hiroki Oguri
Journal of the American Chemical Society  Published:October 20, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c09555

Abstract

Nonribosomal peptide synthetases (NRPSs) assemble structurally complex natural products but remain challenging targets for high-resolution structural analysis because of their conformational heterogeneity and dynamic catalytic cycles. SacC/SfmC is an unusual single-module NRPS that diverges from canonical peptide-forming assembly lines and instead catalyzes two sequential Pictet–Spengler reactions between a tyrosine-derived unit and a peptidyl aldehyde generated through thioester reduction. This cascade forms two C–C bonds, stereoselectively installs multiple stereogenic centers, and constructs the pentacyclic scaffold of bis-tetrahydroisoquinoline antitumor alkaloids including safracin B and the clinically important ecteinascidins. Here, we establish a state-resolved cryo-electron microscopy (cryo-EM) strategy for structural interrogation of the monomeric noncanonical NRPS SacC and report its thioesterification-state structure at 2.76 Å resolution. Stabilization of this transient catalytic state was achieved by combining the cognate MbtH-like partner protein with a tailored covalent adenosine vinylsulfonamide probe that mimics the aminoacyl-adenylate intermediate and traps the phosphopantetheine-tethered species within the adenylation domain. The structure directly visualizes a carrier protein-tethered intermediate and reveals the spatial organization of the Pictet–Spengler, adenylation, peptidyl carrier protein, and reduction domains, providing the first structural view of a Pictet–Spengler cyclization domain embedded within an NRPS assembly line. In parallel, nonreducible ester probes corresponding to downstream PCP-bound intermediates were developed to enable structural interrogation of additional catalytic states along the SacC reaction trajectory. These results demonstrate that rational chemical probe design enables state-resolved cryo-EM analysis of highly dynamic, single-module NRPSs and establishes a general strategy for capturing catalytic trajectories and enabling the engineering of noncanonical NRPS reactivity.

生物化学工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました