【研究分野】生物分子化学

【研究領域課題番号】16H03287 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学合成 / 生体分子 / 蛋白質 / 糖鎖 / 生体内合成化学治療

【研究成果の概要】

体内の狙った臓器で選択的に金属触媒反応を起こすには、二つの問題を解決しなければならない。一つ目は、どのように体内で不安定な金属触媒を短時間で臓器に運ぶかという問題である。二つ目は、体内にさまざまな分子が存在する中で、どのような金属触媒反応を選択的に進行させるかという問題である。報告者らは、アルブミン糖鎖クラスターを「遷移金属触媒の運び屋」として活用することにより、哺乳動物内での金属触媒反応に初めて成功した。マウス内の望む臓器で選択的に金属触媒反応を行うとともに、蛍光標識や分子の「現地合成」を実現した。

【研究の社会的意義】

報告者らが開発した方法を用いて狙った臓器で選択的に金属触媒反応を起こせば、がんなどの疾患部位で、直接、薬などの生理活性分子を合成できると期待できる。さまざまな金属触媒反応に展開できると考えられ、体内で薬の合成が可能となる。その結果、薬が疾患部位以外で作用して起きる副作用の問題、あるいはペプチドなど不安定な薬の体内での安定性の問題を解決できると期待できる。過去、ドロップアウトしてきた薬理活性分子を生体内で直接見直す新戦略であり、創薬化学やプロドラッグ、あるいはドラッグデリバリーシステムにおける「分子機能のルネッサンス」となる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】15H02443 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / タンパク質 / 有機化学 / 応用微生物学 / 糖鎖 / 糖質関連酵素 / 植物病原菌 / 選択的化学合成 / 応用微生物 / 蛋白質

【研究成果の概要】

求核触媒が亜鉛に結合したCysという全く新しいタイプの活性中心を持つ糖質加水分解酵素（β-L-Araf-ase）であるHypBA1を見出し、反応機構の検証と関連酵素（タンパク質）の解析を行った。β-L-Araf-aseの活性中心と化学選択的に反応する阻害剤の立体選択的合成法を確立し、これを用いることによりHypBA1の全反応ステップの立体構造を解明した。さらに、新規β-L-Araf-aseを発見して、関連酵素ともに機能解析と構造解析を行った。β-アラビノオリゴ糖代謝経路に関わる酵素・タンパク質の特徴が明らかになった。

【研究の社会的意義】

活性中心がCysである糖質加水分解酵素としてはこれ以外に全く前例がなく新規な発見である。さらにHypBA1で反応前（酵素-基質ミカエリス型複合体）、反応中間体アナログ（ハロアセトアミド体阻害剤との複合体）、反応後（産物であるβ-L-Arafとの複合体）の全てで立体構造に成功し、反応機構を解明した。本酵素は善玉菌として有名な腸内細菌であるビフィズス菌が食品に含まれるβ-アラビノオリゴ糖分解に関わる経路で重要な役割を担っており、ヒトの健康に有効なプレバイオティクス開発に繋がると期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】生物分子科学

【研究領域課題番号】23681047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アザ電子環状反応 / 糖鎖 / 天然 / プローブ / タンパク質 / 蛍光 / イメージング / 糖タンパク質 / アミノ基接着プローブ / 糖ペプチド / 歪み解消二重クリック反応 / 生細胞 / 6π-アザ電子環状反応 / シンセティックバイオロジー / 癌転移 / 細胞表層標識 / PET

【研究成果の概要】

報告者が開発した高速反応を用いて、温和な条件下で癌細胞表面を蛍光標識し、マウスに導入して、非侵襲的な分子イメージングで癌転移を可視化した。特に、細胞表層糖鎖遺伝子を操作した癌細胞について転移を検討し、糖鎖構造に起因する癌転移への影響を生きた動物レベルで検証した。一方、同様の高速反応を用いて、細胞表面に様々な糖鎖やPETイメージングのポジトロン放出核種を効率的に導入する手法を確立した。さらに、細胞表面の特定の分子を選択的に反応させる技術を確立し、生体内で標的の細胞に対して標識や糖鎖導入できる可能性を見出した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円)

【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】23300109 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / 糖鎖 / 相互作用予測 / データベース / バイオインフォマティクス / 糖 / 相互作用 / 予測機能

【研究成果の概要】

本研究では、タンパク質-糖鎖の相互作用に関して、糖鎖結合タンパク質予測（与えられたタンパク質が糖鎖と結合するかどうかを予測）、タンパク質-糖鎖結合部位予測（与えられたタンパク質が糖鎖と結合する残基、構造が得られている場合は空間上の位置を予測）、結合糖鎖予測（与えられたタンパク質に結合する糖鎖を予測）、タンパク質-糖鎖ドッキング予測、タンパク質-糖鎖相互作用解析、糖修飾部位予測（タンパク質が糖鎖修飾を受ける部位を予測）の各手法を実現し、統合的に利用できるようにするとともに、タンパ質-糖鎖の相互作用
に関して、配列、構造、機能に関するさまざまな情報を登録した総合的なデータベースを構築した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】22380187 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖鎖 / 発生・分化 / 生理活性 / タンパク質 / 再生医学 / 膜マイクロドメイン / 細胞接着 / 魚類 / 蛋白質 / 初期胚

【研究成果の概要】

初期胚表層にどうして巨大糖鎖が存在するのかという疑問の解決を目指して研究を行って、新しい知見を得た。まず、巨大糖鎖をもつ糖タンパク質 LeX-gp について、その精製に成功、その糖鎖が細胞接着性に関わる LeX構造のタンデム反復構造という新規構造をもつことを明らかにした。つぎに、受精時に卵から囲卵腔中に分泌される hyosophorin について、そのペプチド部分が細胞表面の特異的な受容体を介して細胞増殖促進活性を示すこと、糖鎖部分は受精時の卵表層反応の進行に重要であることを明らかにした。本研究成果を通じて、巨大糖鎖は細胞表面と相互作用して細胞表層の性質を変化させ、細胞の命運を決定するという仮説を提唱したい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】22300118 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経変性疾患 / 蛋白質 / 痴呆 / 糖鎖 / アルツハイマー病 / アミロイドベータ蛋白質 / 認知症 / 老人斑 / 質量分析 / NMR

【研究成果の概要】

脳内の領域特異的なアミロイドベータ蛋白質(Ass)蓄積は当該領域の神経細胞膜を形成する脂質分子の構成に依存することが、剖検脳より調製した神経細胞膜の再構成実験により示された。一方、神経細胞膜上にあってAss重合を誘導するガングリオシドとAssとの分子レベルでの相互作用について、ガングリオシドを組み込んだ小型の人工的脂質膜での蛋白質と糖脂質の結合特異性に関する体系的なNMR計測が実施可能であることが実証された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】22657029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脂質 / タンパク質 / 糖鎖 / 細胞膜 / 脂質ラフト / ガングリオシド / GOTO細胞 / モノクローナル抗体 / フロチリン / エンドサイトーシス / 神経芽腫 / シクロデキストリン / GM2

【研究成果の概要】

神経芽腫細胞とガングリオシドGM2に対する抗体(anti-GM2)を組み合わせることにより,これまで難しかった脂質ラフトの光学顕微鏡レベルでのイメージングに成功した。GM2ラフトとフロチリンの相互作用(共局在)を確認した。さらにラフトの主要脂質成分(ガングリオシドとコレステロール)の一つであるコレステロール含量に依存してエンドサイトーシス後の運命,すなわちリサイクル系に入るかあるいはリソゾームに送られて分解されるかが決まるという興味深い事実を見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,360千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 360千円)