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Synthesis of beta-glucan mimic polymers and elucidation of the molecular structure required for the immunological activation

Research Project

Project/Area Number 20K05602
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

Miyagawa Atsushi  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60469921)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywordsβグルカン / 免疫賦活化 / オリゴ糖 / ノルボルネン / 高分子修飾 / マクロファージ / シゾフィラン / 免疫活性化 / グリコシル化 / アニシリデン基 / 開環メタセシス重合 / マルトース / マルトース結合タンパク質 / 水晶振動子マイクロバランス / 高分子合成 / 糖鎖合成
Outline of Research at the Start

本研究では、生物の免疫を活性化する多糖βグルカンがその認識タンパク質Dectin-1と結合して活性を発現するために必要な分子構造を、合成疑似βグルカンを用いて解明し、免疫療法に有効な化合物を合成する基礎を築く。そのために分岐鎖を有するβグルカンオリゴ糖を化学合成し、このオリゴ糖を高分子化して、分子量・糖密度・形態が異なるβグルカンを模倣した高分子を得る。これを用いて分子構造の違いによるDectin-1との結合を解析し、免疫活性化に必須であるDectin-1の集積化を誘導できる分子構造を明らかにする。その結果、免疫を正確に制御して活性化する人工的なβグルカンを合成し、免疫療法を可能にする。

Outline of Final Research Achievements

In synthesizing the smallest β-glucan oligosaccharide that binds to Dectin-1, a membrane protein involved in immune activation by β-glucan, we have developed an orthogonal synthesis method that allows the introduction of branched chains using two types of benzylidene protecting groups. Then, by polymerizing the synthesized β-glucan oligosaccharides and modifying the main chain of the polymers, we constructed a library of polymers with different physical properties. Moreover, for mouse macrophages, we evaluated the ability of the library of polymers to activate the immune system, and the results exhibited that the synthetic polymers mimicked the biological activity of natural β-glucans.
This method has become an effective method of mimicking neutral polysaccharides and has made it possible to create molecules that artificially mimic the immune-stimulating ability of β-glucan.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではベンジリデン類保護基を活用して、分岐鎖を有するオリゴ糖の合成を達成した。この成果はベンジリデン保護基の利用範囲を拡大し、オルトゴナルな合成への選択肢を増やしたことで、複雑な化合物の合成に利用できる。
また多様な構造をもつ天然のβグルカンを模倣するため、βグルカンオリゴ糖を有する高分子を合成し、その高分子修飾を行うことで物性が異なるが、基本構造が同じ高分子ライブラリー化を行った。それを用いて、対象となるDectin-1との結合およびマクロファージの活性化に最適な構造を明らかにした。
この成果により免疫を活性化する分子設計に指針を示すことができ、合成分子による抗腫瘍薬の開発につながる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis of antimicrobial polymers with mannose residues as binders for the FimH adhesin of Escherichia coli2023

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa, Shinya Ohno, Hatsuo Yamamura
    • Journal Title

      Journal of Polymer Science

      Volume: 61 Issue: 4 Pages: 277-288

    • DOI

      10.1002/pol.20220540

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Antimicrobial activities of amphiphilic cationic polymers and their efficacy of combination with novobiocin2022

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa, Shinya Ohno, Tomohiko Hattori, Hatsuo Yamamura
    • Journal Title

      Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition

      Volume: 33 Issue: 3 Pages: 299-312

    • DOI

      10.1080/09205063.2021.1985243

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of UDP-glucose with 1,2-trans glycoside in a one-step reaction2022

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa, Saki Kamikawa, Shun Miyazaki, Takeru Kamiya, Hatsuo Yamamura
    • Journal Title

      Tetrahedron Letters

      Volume: 103 Pages: 153995-153995

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2022.153995

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] N,N-Bis(hexyl α-d-acetylmannosyl) Acrylamide2021

    • Author(s)
      Miyagawa Atsushi、Ohno Shinya、Yamamura Hatsuo
    • Journal Title

      Molbank

      Volume: 2021 Issue: 3 Pages: M1255-M1255

    • DOI

      10.3390/m1255

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Antibacterial Activity of Membrane-Permeabilizing Bactericidal Cyclodextrin Derivatives2021

    • Author(s)
      H. Yamamura, T. Hagiwara, Y. Hayashi, K. Ogawa, H. Kato T. Katsu K. Masuda A. Sumino H. Yamashita R. Jinno M. Abe A. Miyagawa
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6(47) Issue: 47 Pages: 31831-31842

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c04541

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis of β-1,3-glucan mimics by β-1,3-glucan trisaccharyl monomer polymerization2020

    • Author(s)
      Miyagawa Atsushi、Yamamura Hatsuo
    • Journal Title

      Carbohydrate Polymers

      Volume: 227 Pages: 115105-115105

    • DOI

      10.1016/j.carbpol.2019.115105

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] One-Step Synthesis of Sugar Nucleotides2020

    • Author(s)
      Miyagawa Atsushi、Toyama Sanami、Ohmura Ippei、Miyazaki Shun、Kamiya Takeru、Yamamura Hatsuo
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 85 Issue: 23 Pages: 15645-15651

    • DOI

      10.1021/acs.joc.0c01943

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      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高分子主鎖の修飾によるβ-グルカン模倣高分子群の合成 およびDectin-1に対する親和性評価2023

    • Author(s)
      宮川淳、山本菜未、大野綾音、山村初雄
    • Organizer
      第18回糖鎖科学中部拠点 若手の力フォーラム
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of Sugar Nucleotides in One-Step Reaction2022

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa
    • Organizer
      Asian Carbohydrate Chemistry and Glycobiology Webinar
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis of amphiphilic antimicrobial polymers and their combined use with novobiocin2022

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa
    • Organizer
      Polymers-eCon2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Combination Usage of Antimicrobial Polymers with Novobiocin2022

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa
    • Organizer
      The 6th International Conference on Materials Engineering and Nanotechnology
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] マルトースを担持した糖鎖高分子の合成およびMBPに対する親和性の評価2022

    • Author(s)
      宮川 淳, 山本 菜未, 山村 初雄
    • Organizer
      第41回日本糖質学会年会
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  • [Presentation] 一段階反応によるUDP-グルコースの効率的な合成2022

    • Author(s)
      宮川淳, 神川早希, 神谷岳児, 山村初雄
    • Organizer
      第17回糖鎖科学中部拠点 若手の力フォーラム
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 神川 早希、神谷 岳児、山村 初雄、宮川 淳2022

    • Author(s)
      一段階反応によるUDP-グルコースの効率的な合成
    • Organizer
      糖鎖科学中部拠点第17回「若手の力」フォーラム
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 糖ヌクレオチドの一段階合成を利用したUDP-GlcN3/GlcNAcの合成2021

    • Author(s)
      宮川淳, 宮崎舜, 神谷岳児, 山村初雄
    • Organizer
      第40回日本糖質学会年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] UDP-ガラクトースの合成反応における立体選択性に対する塩添加の効果2021

    • Author(s)
      宮川淳, 神谷岳児, 山村初雄
    • Organizer
      第40回日本糖質学会年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis of β-1,3-glucan mimics with Immunostimulant Activity2020

    • Author(s)
      Atsushi Miyagawa
    • Organizer
      The 7th Global Conference on Polymer and Composite Materials
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 縮合反応を用いたUDP-HexN3の1段階合成2020

    • Author(s)
      宮川淳, 宮崎舜, 山村初雄
    • Organizer
      第39回日本糖質学会年会
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      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 名古屋工業大学 山村・宮川研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ach.nitech.ac.jp/~organic/yamamura/toppage.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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