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代表挨拶 Greeting
植物や微生物は、進化の過程で自らの生存や環境との相互作用の中で、多様かつ精巧な「特化代謝産物」を生み出してきました。これらの化合物は、生命活動の中で重要な役割を担うだけでなく、人類にとっても、化学燃料、染料、医薬品など多岐にわたる用途で活用されてきた、いわば“天然の分子資源”です。近年、ゲノム解析技術をはじめとする分子生物学的手法の飛躍的な進歩により、こうした特化代謝産物がどのような生合成経路を通じて合成されるのか、またそれを担う酵素群の構造や機能などについては、体系的な理解が急速に進んできました。しかしながら、生命現象の“場”としての細胞内において、これらの酵素がどのように局在し、空間的・時間的に相互作用することで代謝反応を制御しているのか、代謝制御機構の全貌については、いまだ未踏の領域が多く残されています。
領域概要 Outline
植物や微生物が生産する特化代謝産物はその構造多様性と複雑さ、高い生物活性から現在利用されている医薬品のシード化合物として大きな役割を担ってきました。特化代謝産物の生合成研究は盛んに行われ、多様な生物種由来の特化代謝産物生合成経路や生合成を担う酵素の機能や構造、発現調節機構や発現組織などについては多くが解明されています。一方で、酵素の細胞内局在や複数の生合成酵素間の相互作用を利用した生合成反応の制御機構については知見が限定的です。
植物では、連続した代謝反応を担う複数の酵素が細胞内の局所に集積することで超分子酵素複合体（特化メタボロン）を形成し、不安定中間体の分解制御や基質チャネリングによる生合成の効率化が行われることが報告されています。特化メタボロンは、一次代謝経路の自己凝集機構とは異なり、代謝反応効率化のみならず、酵素-酵素間相互作用により生合成反応における生成物選択性の制御にも関わることが判明しつつあります。