Bioorganic chemical study on Mycoplasma glycolipids

• Project/Area Number: 16K07711
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Bioorganic chemistry
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Nishida Yoshihiro 千葉大学, 大学院園芸学研究科, 教授 (80183896)
• Research Collaborator: MATSUDA KAZUHIRO エムバイオテクノロジー
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: マイコプラズマ / 細胞膜 / 糖脂質 / グリセロ脂質 / 立体配座 / 糖 / NMR / マイコプラズマ肺炎 / マイコプラズマ感染症 / 核磁気共鳴スペクトル / 動的配座解析 / 生物機能 / マイコプラズマ肺炎菌 / NMRスペクトル / 立体廃材 / 硫酸化脂質 / 自己集合化 / 脂質二重膜 / 糖鎖 / 立体化学 / 糖鎖工学 / プロトンNMR / 立体配座解析

Outline of Final Research Achievements

Mycoplasma pneumoniae produces mono- and di-Gal glycerolipids (GGLs) in cytoplasmic membranes. We applied our established 1H-NMR-Karplus method to examine their biological roles. The analysis indicated that the conformational behaviors of these glycolipids are regulated by the sugar residue. The Gal brings a unique conformational behavior, which is advantageous for the formation of lipid bilayer membranes. The sugar residue makes intramolecular hydrogen bonds in several ways over the glycosyl linkage. M. pneumoniae GGLs possess a unique three dimensional structure when located in aqueous solvents. They possess a polar domain containing six to seven oxygen atoms in a narrow space. They possess a hydrophobic domain also in the sugar moiety extending from the glycerolipid moiety. They seem to have an instinct for making a microdomain in cytoplasmic membranes. The glycolipid microdomain should play an essential role like those for importing fatty acids from the host.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞膜GGLsはマイコプラズ肺炎菌に特有の糖脂質抗原であり、マイコプラズマ感染症対策の切り札である。本研究ではGGLsに結合した「糖」の意味を、独自の立体化学解析法を用いて検証した。その結果、GGLsの二糖部分にこれまで確認されていない特異な極性構造が存在すること、細胞膜脂質としてリン脂質と異なる動的配座挙動を示すことを明らかにした。「糖」は極性基として細胞膜の安定化に寄与すると同時に、分子内水素結合を介して脂質部位の動的配座挙動を制御していることを明らかにした。GGLsが細胞膜内でマイクロドメインを形成する分子機構を提案した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 華南農業大学(中国)
• [Journal Article] Chemosynthetic homologues of Mycoplasma pneumoniae β-glycolipid antigens for the diagnosis of mycoplasma infectious diseases (2018)
  • Author(s): Fukuda Kazuo、Matsuda Kazuhiro、Matsuda Sachie、Kado Sayaka、Masu Hyuma、Dohi Hirofumi、Nishida Yoshihiro
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Volume: 26 Issue: 4 Pages: 824-832
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2017.12.046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Remarkable functions of sn-3 hydroxy and phosphocholine groups in 1,2-diacyl-sn-glycerolipids to induce clockwise (+)-helicity around the 1,2-diacyl moiety: Evidence from conformation analysis by 1H NMR spectroscopy (2017)
  • Author(s): Nishida Yoshihiro、Yuan Mengfei、Fukuda Kazuo、Fujisawa Kaito、Dohi Hirofumi、Uzawa Hirotaka
  • Journal Title: Beilstein Journal of Organic Chemistry Volume: 13 Pages: 1999-2009
  • DOI: 10.3762/bjoc.13.196
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Verification study for an empirical rule in diverse helical conformational behaviors of asymmetric 1,2-diacyl- sn -glycerols in the solution state (2017)
  • Author(s): Nishida Yoshihiro、Yuan mengfei、Fujisawa Kaito、Kitagawa Sakura、Dohi Hirofumi、Uzawa Hirotaka
  • Journal Title: Tetrahedron Asymmetry Volume: 28 Issue: 10 Pages: 1435-1443
  • DOI: 10.1016/j.tetasy.2017.09.021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Convenient use of ortho-formylphenyl thioglycoside for regioselective conjugation with glycosyl acceptors towards regioselective 1,2-cis-glycosylation (2017)
  • Author(s): Dohi Hirofumi、Komai Ryota、Sakai Hidetoshi、Komuro Haruka、Nishida Yoshihiro
  • Journal Title: Journal of Carbohydrate Chemistry Volume: 36 Issue: 8-9 Pages: 307-324
  • DOI: 10.1080/07328303.2017.1403612
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preparation of silicon nitride biochips for reflectometric interference spectroscopic (RIfS) analysis of biological toxins and E. coli O157:H7 strain (2017)
  • Author(s): Takehiro Nagatsuka, Hirotaka Uzawa, Daiki Tanaka, Yuki Oba, Yoshihiro Nishida, Tsuyoshi Iwasa, Ken-ichi Tayama, Toshio Yoshida, Takayuki Ezaki, Yasuo Seto
  • Journal Title: Sensors & Actuators, Chemical B Volume: 246 Pages: 937-942
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Chemosynthetic homologues of Mycoplasma pneumoniae β-glycolipid antigens for the diagnosis of mycoplasma infectious diseases (2018)
  • Author(s): Kazuo Fukuda, Hirofumi Dohi, Sachie Matsuda, Kazuhiro Matsuda, Yoshihiro Nishida
  • Organizer: 第7回アジアマイコプラズマ学会 (国立感染症研究所、東京）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mycoplasma pneumoniae and Mycoplasma fermentans-associated psychomotor deterioration, movement disorders without respiratory symptom: A case report (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Matsuda, Sachie Matsuda, Yoshihiro Nishida, Yuichiro Wasaki, Kunimi Kitada, Mizuho Hosogi, Tooru Araki
  • Organizer: 第7回アジアマイコプラズマ学会 (国立感染症研究所、東京）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖脂質生合成前駆体1,2-ジアシル-sn-グリセロールが示す特異な分子特性と配座挙動について (2018)
  • Author(s): 北川さくら、岩本巧、藤沢海図、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTokyo 2018 （理化学研究所、和光市）
• [Presentation] D-ヘキソフラノースを分子骨格にもつ人工糖脂質の分子設計、化学合成、機能評価 (2018)
  • Author(s): 高柳昇平、岩本 巧、阿部 至、高 靖麗宇、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTokyo 2018 （理化学研究所、和光市）
• [Presentation] o-ホルミルフェニルチオグリコシドの反応特性と生理活性糖鎖合成への応用 (2018)
  • Author(s): 小室晴香 、西田芳弘、土肥博史
  • Organizer: GlycoTokyo 2018 （理化学研究所、和光市）
• [Presentation] チオエーテル基を用いた立体選択的グリコシル化の反応機構の解明と糖鎖合成への応用 (2018)
  • Author(s): 前川丈武 、須田栞、西田芳弘、土肥博史
  • Organizer: GlycoTokyo 2018 （理化学研究所、和光市）
• [Presentation] チオエーテル型補助基を持つ糖供与体を用いた立体選択的グリコシル化 (2018)
  • Author(s): 土肥博史、前川丈武、小林真己、西田芳弘
  • Organizer: 第37回 日本糖質学会年会 (仙台国際センター、仙台市）
• [Presentation] Helical conformation properties in cytoplasmic membrane glycerophospholipids and glycolipids in solution states (2018)
  • Author(s): Yoshihiro NISHIDA, Mengfei YUAN, Hirofumi DOHI, Akira MATSUURA,
  • Organizer: The Molecular Chirality Symposium 2018 (1月 千葉大学 西千葉キャンパス）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フラノース環を頭位にもつ新規糖脂質の分子設計と合成 (2017)
  • Author(s): 岩本巧、高柳晃平、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTOKYO 2017 (11月 桐生市民文化会館）
• [Presentation] Glcf-DAG を分子基盤とするバイオマテリアルの開発研究 (2017)
  • Author(s): 高柳晃平、岩本巧、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTOKYO 2017 (11月 桐生市民文化会館）
• [Presentation] 合成マイコプラズマ糖脂質抗原の診断利用 (2017)
  • Author(s): 福田和男、土肥博史、西田芳弘、松田幸枝、松田和洋
  • Organizer: 日本マイコプラズマ学会 第44回学術集会 (6月 幕張メッセ）
• [Presentation] マイコプラズマ脂質抗原の構造、化学合成、診断治療への応用に向けて (2017)
  • Author(s): 西田芳弘、福田和男、土肥博史、松田幸枝、松田和洋
  • Organizer: 本マイコプラズマ学会 第44回学術集会 (6月 幕張メッセ）
  • Invited
• [Presentation] マイコプラズマ糖脂質抗原:ライブラリー合成法の開発研究 (2017)
  • Author(s): 藤沢海図、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTOKYO 2017 (11月 桐生市民文化会館）
• [Presentation] マイコプラズマ糖脂質抗原：ライブラリー合成法の開発研究 (2016)
  • Author(s): 藤沢海斗、土肥博史、松田幸枝、松田和洋、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTOKYO 2016
  • Place of Presentation: 東京都目黒区東京工業大学
  • Year and Date: 2016-11-19
• [Presentation] フラノース環を頭位にもつ新規グリセロ糖脂質の分子設計 (2016)
  • Author(s): 岩本 巧、高柳晃平、高 靖麗宇、土肥博史、西田芳弘
  • Organizer: GlycoTOKYO 2016
  • Place of Presentation: 東京都目黒区東京工業大学
  • Year and Date: 2016-11-19
• [Presentation] 水酸基近傍にチオエーテルを有する糖受容体を用いたグリコシル化 (2016)
  • Author(s): 小林真巳、西田芳弘、土肥博史
  • Organizer: GlycoTOKYO 2016
  • Place of Presentation: 東京都目黒区東京工業大学
  • Year and Date: 2016-11-19
• [Presentation] 脱離基中にアルデヒドを持つチオグリコシド型糖供与体の反応挙動 (2016)
  • Author(s): 堺英俊、小室晴香、西田芳弘、土肥博史
  • Organizer: GlycoTOKYO 2016
  • Place of Presentation: 東京都目黒区東京工業大学
  • Year and Date: 2016-11-19