細菌由来複合糖質ならびに動物由来糖鎖の合成と構造・生物機能研究

• Project/Area Number: 19KK0145
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 深瀬 浩一 大阪大学, 理学研究科, 教授 (80192722)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 真鍋 良幸 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00632093) ; 角永 悠一郎 大阪大学, 放射線科学基盤機構, 特任助教(常勤) (30836903) ; 下山 敦史 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90625055)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 糖鎖 / 免疫 / ワクチン / 複合化 / 糖鎖合成 / 合成 / レクチン

Outline of Research at the Start

自己と非自己の認識は生体防御の根幹をなすものであり、脊椎動物においては獲得免疫と自然免疫からなる精緻な機構が自己と非自己の認識を担っている。糖鎖は細胞表層を覆っており、様々な認識に関与するため、獲得免疫と自然免疫の両方において自己と非自己の認識の鍵物質として機能している。そこで本研究では、糖鎖を利用した免疫制御法の開発を目指し、免疫制御機能を有する糖鎖の合成研究と自然免疫受容体や糖鎖認識タンパク質と糖鎖との相互作用解析研究を行う。特に、i)細菌由来糖鎖（複合糖質）の構造、合成、ならびに機能研究、ii)アスパラギン結合型糖タンパク質糖鎖（N-グリカン）の合成と機能解析研究、を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、リポ多糖やペプチドグリカンなどの細菌由来複合糖質やN-グリカンなどの糖タンパク質糖鎖について、化学合成と自然免疫系における機能研究を世界的な共同研究として展開してきた。一方、Molinaro教授は、主にNMRを用いた細菌由来多糖の構造解析研究や構造生物学研究においては世界的な権威である。本研究では、これらを統合して、細胞内共生菌Alcaligenes faecalis由来リポ多糖の構造解析と合成研究を実施し、さらには自然免疫受容体TLR4/MD-2との相互作用解析研究を行う。また、合成したN-グリカンを用い、自然免疫受容体Dectin-1や免疫抑制性受容体シグレックとの相互作用解析を実施する。本研究は、両グループが共同することで初めて可能となるもので、糖鎖の機能研究を大きく飛躍させ、糖鎖や複合糖質を利用した新たな免疫制御法開発の基盤を築くものである。
共生菌は宿主と相利共生関係にあり、宿主にとっても好ましい形で免疫系を調節すると考え、細胞内共生菌Alcaligenes属由来のLPSが毒性を示さない一方で、免疫系を効率的に活性化して抗体産生を増強するなど、ワクチンアジュバントとして極めて有望であることを見出し、これを合成し、その詳細な機能解析を進めた。
一方、我々は、脾臓の樹状細胞に高発現しているDectin-1がコアフコースと相互作用し、動態を制御すると仮定した。さまざまな手法を用いて、Dectin-1がIgG上のコアフコースを認識していることを見出した。Dectin-1がコアフコース含有N-グリカンを認識することを見出したのは極めてインパクトの大きい結果である。さらにシアル酸とシグレックの相互作用解析を進めた。
これらの成果はMolinaro教授との密な共同研究の成果として得られたものである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ナポリフェデリコ2世大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] フェデリコ2世・ナポリ大学(イタリア)
• [Journal Article] Total Syntheses of C60- and C100-Dolichols (2020)
  • Author(s): Hirao Kohtaro、Ono Risako、Manabe Yoshiyuki、Masui Seiji、Atomi Haruyuki、Fukase Koichi
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 85 Issue: 17 Pages: 11549-11559
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling Molecular Recognition of Sialoglycans by Human Siglec-10 (2020)
  • Author(s): Forgione Rosa Ester、Di Carluccio Cristina、Guzman-Caldentey Juan、Gaglione Rosa、Battista Filomena、Chiodo Fabrizio、Manabe Yoshiyuki、Arciello Angela、Del Vecchio Pompea、Fukase Koichi、Molinaro Antonio、Martin-Santamaria Sonsoles、Crocker Paul R.、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 6 Pages: 101231-101231
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101231
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Middle Molecular and Conjugation Strategies for Development of Bioactive Middle Molecules (2020)
  • Author(s): Manabe Yoshiyuki、Shimoyama Atushi、Kabayama Kazuya、Fukase Koichi
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 78 Issue: 5 Pages: 527-537
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.78.527
  • NAID: 130007841845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Immunological Evaluation of Co‐Assembling a Lipidated Peptide Antigen and Lipophilic Adjuvants: Self‐Adjuvanting Anti‐Breast‐Cancer Vaccine Candidates (2020)
  • Author(s): Aiga Taku、Manabe Yoshiyuki、Ito Keita、Chang Tsung‐Che、Kabayama Kazuya、Ohshima Shino、Kametani Yoshie、Miura Ayane、Furukawa Hiroto、Inaba Hiroshi、Matsuura Kazunori、Fukase Koichi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 40 Pages: 17705-17711
  • DOI: 10.1002/anie.202007999
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lymphoid Tissue Resident Alcaligenes Establish an Intracellular Symbiotic Environment by Creating a Unique Energy Shift in Dendritic Cells (2020)
  • Author(s): Hosomi Koji、Shibata Naoko、Shimoyama Atsushi、Uto Tomoya、Nagatake Takahiro、Tojima Yoko、Nishino Tomomi、Takeyama Haruko、Fukase Koichi、Kiyono Hiroshi、Kunisawa Jun
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 11 Pages: 561005-561005
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.561005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemically Synthesized Alcaligenes Lipid A Shows a Potent and Safe Nasal Vaccine Adjuvant Activity for the Induction of Streptococcus pneumoniae-Specific IgA and Th17 Mediated Protective Immunity (2020)
  • Author(s): Yoshii Ken、Hosomi Koji、Shimoyama Atsushi、Wang Yunru、Yamaura Haruki、Nagatake Takahiro、Suzuki Hidehiko、Lan Huangwenxian、Kiyono Hiroshi、Fukase Koichi、Kunisawa Jun
  • Journal Title: Microorganisms Volume: 8 Issue: 8 Pages: 1102-1102
  • DOI: 10.3390/microorganisms8081102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adjuvant Activity of Synthetic Lipid A of Alcaligenes, a Gut-Associated Lymphoid Tissue-Resident Commensal Bacterium, to Augment Antigen-Specific IgG and Th17 Responses in Systemic Vaccine (2020)
  • Author(s): Wang Yunru、Hosomi Koji、Shimoyama Atsushi、Yoshii Ken、Yamaura Haruki、Nagatake Takahiro、Nishino Tomomi、Kiyono Hiroshi、Fukase Koichi、Kunisawa Jun
  • Journal Title: Vaccines Volume: 8 Issue: 3 Pages: 395-395
  • DOI: 10.3390/vaccines8030395
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Homeostatic and pathogenic roles of GM3 ganglioside molecular species in TLR4 signaling in obesity (2020)
  • Author(s): Kanoh Hirotaka、Nitta Takahiro、Go Shinji、Inamori Kei‐ichiro、Veillon Lucas、Nihei Wataru、Fujii Mayu、Kabayama Kazuya、Shimoyama Atsushi、Fukase Koichi、Zonca Asia、Cattaneo Anna、Letizia Marilena、Ciampa Maria、Mauri Laura、Prinetti Alessandro、Sonnino Sandro、Suzuki Akemi、Inokuchi Jin‐ichi et. al.
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: － Issue: 12 Pages: 1-20
  • DOI: 10.15252/embj.2019101732
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemically Synthesized TLR4 Ligands, Their Immunological Functions, and Potential as Vaccine Adjuvant (2020)
  • Author(s): Shimoyama Atsushi、Fukase Koichi
  • Journal Title: Progress in Inflammation Research Volume: 87 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1007/978-3-030-56319-6_1
  • ISBN: 9783030563189, 9783030563196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient Synthesis of Antigenic Trisaccharides Containing N-Acetylglucosamine: Protection of NHAc as NAc2 (2020)
  • Author(s): Tsutsui Masato、Sianturi Julinton、Masui Seiji、Tokunaga Kento、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 2020 Issue: 12 Pages: 1802-1810
  • DOI: 10.1002/ejoc.201901809
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis for Glycan-receptor binding by mumps virus hemagglutinin-neuraminidase (2020)
  • Author(s): Forgione Rosa Ester、Di Carluccio Cristina、Kubota Marie、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi、Molinaro Antonio、Hashiguchi Takao、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1589-1589
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58559-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Core Fucose on an IgG Antibody is an Endogenous Ligand of Dectin‐1 (2019)
  • Author(s): Manabe Y., Marchetti R., Takakura Y., Nagasaki M., Nihei W., Takebe T., Tanaka K., Kabayama K., Chiodo F., Hanashima S., Kamada Y., Miyoshi E., Dulal HP., Yamaguchi Y., Adachi Y., Ohno N., Tanaka H., Silipo A., Fukase K., Molinaro A.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 51 Pages: 18697-18702
  • DOI: 10.1002/anie.201911875
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Syntheses and Functional Studies of Self‐Adjuvanting Anti‐HER2 Cancer Vaccines (2019)
  • Author(s): Feng Qi、Manabe Yoshiyuki、Kabayama Kazuya、Aiga Taku、Miyamoto Asuka、Ohshima Shino、Kametani Yoshie、Fukase Koichi
  • Journal Title: Chemistry, An Asian Journal Volume: 14 Issue: 23 Pages: 4268-4273
  • DOI: 10.1002/asia.201901002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of Cage-Shaped Aluminum Aryloxides: Efficient Lewis Acid Catalyst for Stereoselective Glycosylation Driven by Flexible Shift of Four- to Five-Coordination (2019)
  • Author(s): Tanaka Daiki、Kadonaga Yuichiro、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi、Sasaya Shota、Maruyama Hikaru、Nishimura Sota、Yanagihara Mayu、Konishi Akihito、Yasuda Makoto
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 141 Issue: 44 Pages: 17466-17471
  • DOI: 10.1021/jacs.9b08875
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterisation of the Dynamic Interactions between Complex N‐Glycans and Human CD22 (2019)
  • Author(s): Di Carluccio Cristina、Crisman Enrique、Manabe Yoshiyuki、Forgione Rosa Ester、Lacetera Alessandra、Amato Jussara、Pagano Bruno、Randazzo Antonio、Zampella Angela、Lanzetta Rosa、Fukase Koichi、Molinaro Antonio、Crocker Paul R.、Mart?n‐Santamar?a Sonsoles、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 21 Issue: 1-2 Pages: 129-140
  • DOI: 10.1002/cbic.201900295
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthetic Study of Antibody-Recruiting Molecule toward Influenza for Novel Immunotherapy (2020)
  • Author(s): Kindi Farabi, Julinton Sianturi, Yoshiyuki Manabe, Koichi Fukase
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 多分枝N-結合型糖鎖の網羅的合成を目指した多様性指向型合成ルートの開拓 (2020)
  • Author(s): 白川明日香、真鍋良幸、出村健太、増井誠二、深瀬浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Thermococcus kodakarensisのN-グリカンの合成研究 (2020)
  • Author(s): 平尾宏太郎、真鍋良幸、小野莉紗子、深瀬浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 合成糖鎖提示システムを利用した細胞膜における糖鎖の機能解析 (2020)
  • Author(s): 三浦彩音、三宅秀斗、樺山一哉、真鍋良幸、白川明日香、初村洋紀、山地俊之、鈴木健一、深瀬浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 共生菌Alcaligenes faecalis由来リピドA類縁体の合成およびその機能評価 (2020)
  • Author(s): 山浦遼生、下山敦史、溝手啓介、深瀬浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] シアル酸含有N-グリカンの多様性志向型合成 (2020)
  • Author(s): 出村健太、真鍋良幸、白川明日香、増井誠二、深瀬浩一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] Glycosylations under Microflow Conditions (2019)
  • Author(s): Yoshiyuki Manabe, Seiji Masui, Julinton Sianturi, Takahide Fukuyama, Ilhyong Ryu, Koichi Fukase
  • Organizer: 18th Asian Chemical Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and immunological function of Campylobacter jejuni lipid As (2019)
  • Author(s): A. Shimoyama, S. Nakagawa, Y. Matsuura, K. Fukase
  • Organizer: International Joint Symposiums on Synthetic Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Linkable Lipid A Derivatives toward Conjugates with Tumor Antigens (2019)
  • Author(s): Yusuke Yamanaka, Atsushi Shimoyama, Koichi Fukase
  • Organizer: International Joint Symposiums on Synthetic Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diversity-oriented synthesis of multi-antennary N-glycans (2019)
  • Author(s): Asuka Shirakawa, Yoshiyuki Manabe, Kenta Demura, Seiji Masui, Koichi Fukase
  • Organizer: International Joint Symposiums on Synthetic Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research