異常タンパク質分解系を亢進する食品成分の同定とその作用機序の解明

• Project/Area Number: 13J09070
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Food science
• Research Institution: The University of Tokushima (2015); Nagoya University (2013-2014)
• Principal Investigator: 大西 康太 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: mTORC1 / MAP4K3 / AMPK / autophagy / amino acids sensing / オートファジー / 機能性食品 / ポリフェノール / タンパク質品質管理機構 / 炎症応答 / 栄養飢餓応答 / 細胞生物学 / TFEB / 抗炎症作用 / SWATH

Outline of Annual Research Achievements

細胞内異常タンパク質の主要な分解機構であるオートファジーの破綻と広範囲の疾病との関与が示唆されているが、本機構に着目した食品機能性研究はほとんど例が無い。そこで本研究では、オートファジーの活性化を作用標的とした機能性食品成分の探索及びその作用機構の解明を目的とした。
平成27年度の大半はカリフォルニア大学サンディエゴ校（米国）に渡航しており、Albert La Spada教授の研究室においてmTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) 制御シグナルに関する基礎的な研究を行った。mTORC1はアミノ酸飢餓条件におけるオートファジー活性化機構において中心的な役割を担うことが知られているが、本分子がアミノ酸をセンシングする分子機構に関しては、現在のところ統一的な見解が得られていない。近年、La Spada教授らはmTORC1の上流を制御するシグナル分子としてMAP4K3を同定した。そこで、MAP4K3-mTORC1シグナルと、細胞内エネルギーセンサーとして知られるAMPKとの関与を想定し、本仮説の妥当性を検証した。
まず、免疫沈降法により、HEK293T細胞におけるMAP4K3とAMPKとの相互作用を見出した。また、MAP4K3ノックアウト細胞において、AMPKが活性化する一方でmTORC1が不活性化していることが明らかとなった。興味深いことに、CRISPR/Cas9システムによりMAP4K3及びAMPK alpha 1/2 subunitをトリプルノックアウトした細胞が、野生型HEK293A細胞と同程度のmTORC1活性を示した。以上の結果から、AMPKはMAP4K3の下流でmTORC1活性を制御する可能性が強く示唆された。新たに同定した本シグナル伝達経路は、オートファジーを亢進する機能性食品成分の新たな作用標的となりうる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 発がん抑制物質ゼルンボンのタンパク質変性ストレスに起因した生理作用 (2013)
  • Author(s): 大西 康太、入江 一浩、村上 明
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 71巻 Pages: 400-406
  • NAID: 10031192970
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel synthesis of zerumbone-pendant derivatives and their biological activity (2013)
  • Author(s): Takashi Kitayama, Maki Nakahira, Kae Yamasaki, Hiromi Inoue, Chika Imada, Yuji Yonekura, Masataka Awata, Hikaru Takaya, Yasushi Kawai, Kohta Oknishi, and Akira Murakami
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: VOL.69 Issue: 47 Pages: 10152-10160
  • DOI: 10.1016/j.tet.2013.09.026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation of Protein Quality Control Systems as Novel Mechanisms underlying Functionality of Food Phytochemicals (2013)
  • Author(s): Kohta Onnishi, Kazuhiro Irie, and Akira Murakami
  • Journal Title: Functional Foods in Health and Disease Volume: VOL.3 Pages: 400-415
  • Peer Reviewed
• [Presentation] クルクミンの機能性発現機構におけるタンパク質ストレス作用の関与 (2016)
  • Author(s): 村上 明、今林健登、村川 慧、Cindy Valentine、中畑恵利奈、大西康太、入江一浩
  • Organizer: 2016年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-27
• [Presentation] Possible contribution of zerumbone-induced proteo-stress to its anti-inflammatory function through the activation of heat shock factor 1 (2015)
  • Author(s): Yoko Igarashi, Kohta Ohnishi, Kazuhiro Irie, Akira Murakami
  • Organizer: The 6th International Conference on Food Factors (ICoFF 2015)
  • Place of Presentation: COEX, Seoul, Republic of Korea
  • Year and Date: 2015-11-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Zerumboneの抗炎症作用におけるタンパク質ストレスの関与 (2015)
  • Author(s): 五十嵐 洋子、大西 康太、入江 一浩、村上 明
  • Organizer: 2015年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] アミノ酸飢餓条件におけるリポ多糖刺激マクロファージのプロテオーム解析: GCN2-eIF2 alphaシグナルによるタンパク質翻訳制御 (2014)
  • Author(s): 大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] 細胞外核酸のマクロファージ炎症応答への作用とその分子機構解析 (2014)
  • Author(s): 額 惠理香、大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] ヒト血中濃度レベルのケルセチンおよびケルセチン抱合体の抗炎症作用 (2014)
  • Author(s): 黒川 健治、額 惠理香、大西 康太、生城 真一、榊 利之、紀 再思、坪井 洋、寺尾 純二、河合 慶親
  • Organizer: 第19回日本フードファクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2014-11-09
• [Presentation] リソソーム活性を亢進するポリフェノールの探索 (2014)
  • Author(s): 坂井 麻衣子、大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 第19回日本フードファクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2014-11-08
• [Presentation] オートファジー関連遺伝子の発現を誘導するポリフェノール類の探索と作用機構の解析 (2014)
  • Author(s): 坂下 友紀、額 惠理香、大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 第19回日本フードファクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2014-11-08
• [Presentation] Zerumboneの抗炎症作用機構の解析 ～タンパク質ストレス関与の可能性～ (2014)
  • Author(s): 五十嵐 洋子、大西 康太、入江 一浩、村上 明
  • Organizer: 第19回日本フードファクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2014-11-08
• [Presentation] 細胞タンパク質変性作用を介したcurcuminの機能性発現機構 (2014)
  • Author(s): 中畑 恵利奈、Cindy Valentine、大西 康太、入江 一浩、村上 明
  • Organizer: 第29回日本香辛料研究会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌ガーデンパレス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-25
• [Presentation] ケルセチン硫酸抱合体の合成と抗炎症作用の解析 (2014)
  • Author(s): 黒川 健治、生城 真一、榊 利之、寺尾 純二、大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 2014年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-03-29
• [Presentation] 食品由来のファイトケミカルによるタンパク質変性作用の評価 (2014)
  • Author(s): 今林 健登、中畑 恵利奈、大西 康太、田中 遼平、五十嵐 洋子、入江 一浩、村上 明
  • Organizer: 2014年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 明治大学(神奈川県川崎市)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] Proteohormesis as the novel adaptive mechanism underlying physiological functions of food phytochemicals (2014)
  • Author(s): Akira Murakami, Kohta Ohnishi
  • Organizer: 17^<th> Biennial Meeting of Society for Free Radical Research Intemational
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-03-26
• [Presentation] オートファジー誘導を介した抗炎症作用を有するポリフェノール類の探索 (2013)
  • Author(s): 坂下 友紀、額 恵理香、大西 康太、河合 慶親
  • Organizer: 第18回日本フードファクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京農業大学(東京都世田谷区)
  • Year and Date: 2013-11-10
• [Presentation] Activation of Protein Quality control systems by Food Phytochernicals : Chemical Training Hypothesis (2013)
  • Author(s): Akira Murakami and Kohta Ohnishi
  • Organizer: 13^<th> International Conference of FFC -First International Symposium of ASFFBC : Functional and Medical Foods with Bioactive Compounds : Science and Practical Application
  • Place of Presentation: 京都府立医科大学(京都府京都市)
  • Year and Date: 2013-05-12
  • Invited