日本人では大腸癌の有無に関わらず４割の人がPKS（+）であり、日本ではPKS(＋)菌が広く蔓延しているようだ。（2017年報告 2020年報告 ）日本が世界的に大腸癌発生率が高い理由は不明でしたがPKS（+）大腸菌の蔓延が答えなのか？専門家によるとPKS島（+）細菌も感染すれば必ず大腸癌になる訳では無く「癌体質の方が感染すると大腸癌になる」と考えられるのだそうだ。
コリバクチンを作るPKS（ポリケチド合成酵素）遺伝子群 大腸菌の作るペプチド修飾されたポリケチド毒素（コリバクチン）が大腸癌の遺伝子変異の犯人である証拠をつかんだ2019年のpreprint 、2020年のNatureに報告。
ポリケチドは植物、微生物など様々な生物が生産する生理活性物質の一群です。抗生物質であるテトラサイクリンや抗がん剤であるドキソルビシンのように有用な生理活性を持つものも多く、重要な医薬品資源となってきました。ポリケチドはポリケチド合成酵素 (polyketide synthase, PKS) が酢酸ユニットを連結していくことで生合成されます。PKSはその構造から3種に分類されます。I型PKSは異なる機能をもつ酵素が複数融合した巨大なタンパク質であり、II型PKSは単独の機能を持つ複数の酵素の集まりです。また、III型PKSはケト合成酵素 (ketosynthase, KS) のホモ二量体のみからなる特殊なPKSです。
II型PKSにおいて特に重要な機能を担う酵素はKS–鎖長決定因子 (chain length factor, CLF) のヘテロ二量体です。また、基質や中間体の運搬を担うアシルキャリアータンパク質 (acyl carrier protein, ACP) も必須であることがわかっています。KS–CLFヘテロ二量体はアシル-ACPとマロニル-ACPの間で脱炭酸を伴うクライゼン縮合 (注7) を触媒することで、ポリケチド鎖の伸長反応を触媒します。この伸長反応が複数回繰り返されることで、ケトンを多数持つ、ポリケトメチレン鎖が合成されます。ポリケトメチレン鎖はさらに様々な修飾反応を受けることで最終産物である芳香族ポリケチドへと変換されていきます (図1B)。
研究は少ないが貴重な博士論文（神宝博士 東京大学医学内科学）の大腸から分離した陽性率の検査では有意差がなかった。
これは、PKS島（＋）の大腸菌が分離されてもそれだけでは大腸癌には進まないという証拠でもある。
静岡県立大学
Isolation of New Colibactin Metabolites from Wild-Type Escherichia coli and In Situ Trapping of a Mature Colibactin Derivative
- Tao Zhou,
- Yuichiro Hirayama,
- Yuta Tsunematsu,
- Nanami Suzuki,
- Seiji Tanaka,
- Nahoko Uchiyama,
- Yukihiro Goda,
- Yuko Yoshikawa,
- Yuji Iwashita,
- Michio Sato,
- Noriyuki Miyoshi,
- Michihiro Mutoh,
- Hideki Ishikawa,
- Haruhiko Sugimura,
- Keiji Wakabayashi, and
- Kenji Watanabe*
Abstract
Colibactin is a polyketide-nonribosomal peptide hybrid secondary metabolite that can form interstrand cross-links in double-stranded DNA. Colibactin-producing Escherichia coli has also been linked to colorectal oncogenesis. Thus, there is a strong interest in understanding the role colibactin may play in oncogenesis. Here, using the high-colibactin-producing wild-type E. coli strain we isolated from a clinical sample with the activity-based fluorescent probe we developed earlier, we were able to identify colibactin 770, which was recently identified and proposed as the complete form of colibactin, along with colibactin 788, 406, 416, 420, and 430 derived from colibactin 770 through structural rearrangements and solvolysis. Furthermore, we were able to trap the degrading mature colibactin species by converting the diketone moiety into quinoxaline in situin the crude culture extract to form colibactin 860 at milligram scale. This allowed us to determine the stereochemically complex structure of the rearranged form of an intact colibactin, colibactin 788, in detail. Furthermore, our study suggested that we were capturing only a few percent of the actual colibactin produced by the microbe, providing a crude quantitative insight into the inherent instability of this compound. Through the structural assignment of colibactins and their degradative products by the combination of LC-HRMS and NMR spectroscopies, we were able to elucidate further the fate of inherently unstable colibactin, which could help acquire a more complete picture of colibactin metabolism and identify key DNA adducts and biomarkers for diagnosing colorectal cancer.
概要
コリバクチンは、ポリケチドと非リボソームペプチドの複合二次代謝産物であり、二本鎖DNAに鎖間架橋を形成することができる。コリバクチンを産生する大腸菌は、大腸がん発症との関連も指摘されている。このように、コリバクチンが癌化に果たす役割の解明には強い関心が持たれている。ここでは、臨床検体から分離した高コリバクチン産生野生型大腸菌と我々が先に開発した活性型蛍光プローブを用いて、最近コリバクチンの完全型として同定・提唱されたコリバクチン770と、コリバクチン770から構造転位とソルボリシスにより誘導されたコリバクチン788、406、416、420、430を同定することができました。さらに、粗培養抽出液中でジケトン部位をキノキサリンに変換することにより、分解された成熟コリバクチン種をミリグラムスケールで捕捉し、コリバクチン860を形成させることができた。これにより、インタクトなコリバクチンの再配列体であるコリバクチン788の立体化学的に複雑な構造を詳細に決定することができた。さらに、この研究では、微生物が生産する実際のコリバクチンのわずか数パーセントしか捉えていないことが示唆され、この化合物固有の不安定性について、粗い定量的洞察を得ることができた。LC-HRMSとNMRを併用したコリバクチンおよびその分解物の構造解析により、本質的に不安定なコリバクチンの運命をさらに解明することができた。これにより、コリバクチン代謝の全体像を把握し、大腸がん診断の鍵となるDNA付加体やバイオマーカーの特定につながる可能性がある。
