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Real-time observation of lectin cross-linking reactions by multivalent carbohydrates and new approach to ligand design

Research Project

Project/Area Number 20K05855
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
Research InstitutionFukushima University

Principal Investigator

Ogata Makoto  福島大学, 食農学類, 准教授 (10532666)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 若松 孝  茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 教授 (80220838)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords糖鎖 / レクチン / 凝集 / 糖鎖クラスター / 架橋反応 / 前方静的光散乱 / 分子認識 / 架橋 / ウイルス / 相互作用 / 架橋形成
Outline of Research at the Start

レクチンは溶液中で多価糖鎖と構造特異的に結合後、多重架橋し凝集体を形成する。これら相互作用は生体内における普遍的な生物学的現象であるにも関わらず、この一連の凝集体形成プロセスをリアルタイムで観察および評価した報告例はない。本研究では、申請者が構築した合成多価糖鎖のレクチン架橋制御技術とタンパク質凝集体に高感度な低角度のF-LS瞬時測定技術との異分野融合により、世界初となる糖鎖-レクチン架橋複合体形成反応のリアルタイム観察およびその機構解明を行う。さらに、得られた架橋速度や凝集体の構造に関する情報を分子設計にフィードバックすることで、新たなアプローチに基づくレクチン架橋リガンドの創出を展開する。

Outline of Final Research Achievements

We present a real-time observation and a structurally variable process of the cross-linking agglutination between multivalent lectins and glycoclusters using a small-angle forward static light scattering (F-SLS) technique. In this study, a cross-linking agglutination reaction was carried out using Sambucus Sieboldiana agglutinin (SSA) and a tetravalent Neu5Acα2,6LacNAc-glycocluster as a cross-linker. The scattering intensity of time-resolved F-SLS increased with the formation of the Neu5Acα2,6LacNAc-glycocluster-SSA cross-linked complex. As a result, we succeeded in observing the fine sequential cross-linking agglutination phenomenon between the multivalent carbohydrates and the multivalent lectins in real time with F-SLS. Furthermore, the structural analysis based on the fractal dimension using the time-resolved F-SLS pattern revealed that the structure of the aggregates changes densely as the cross-linking reaction progresses, and that the process is an equilibrium reaction.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノからサブミクロンスケールで変化する糖鎖と多価レクチン間での凝集体形成反応を、これら凝集体の分析に高感度な独自のF-LS瞬時測定技術によって明らかにした。これら一連の成果は、これまで不可能であった多価糖鎖と多価レクチン間架橋反応のリアルタイム観察を可能にした点で、学術的意義は非常に高い。また、これら相互作用はウイルスの宿主感染の際にもみられる普遍的な結合原理であるため、本技術を病原性ウイルスの検出や捕捉に応用展開が可能であり、社会的意義も高いと考えられる。

Report

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

    (21 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 6 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Middle-molecular-weight Glycoclusters for the Crosslinking of Multivalent Lectins2021

    • Author(s)
      Ogata M
    • Journal Title

      Trends in Glycoscience and Glycotechnology

      Volume: 33 Issue: 194 Pages: E91-E97

    • DOI

      10.4052/tigg.2016.7E

    • NAID

      130008067008

    • ISSN
      0915-7352, 1883-2113
    • Year and Date
      2021-07-25
    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Middle-molecular-weight Glycoclusters for the Crosslinking of Multivalent Lectins2021

    • Author(s)
      尾形慎
    • Journal Title

      Trends in Glycoscience and Glycotechnology

      Volume: 33 Issue: 194 Pages: J91-J97

    • DOI

      10.4052/tigg.2016.7J

    • NAID

      130008067009

    • ISSN
      0915-7352, 1883-2113
    • Year and Date
      2021-07-25
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Functional design of glycan-conjugated molecules using a chemoenzymatic approach2021

    • Author(s)
      Ogata M.
    • Journal Title

      Bioscience Biotechnology and Biochemistry

      Volume: 85 Issue: 5 Pages: 1046-1055

    • DOI

      10.1093/bbb/zbab024

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  • [Journal Article] Agglutination of human polyomaviruses by using a tetravalent glycocluster as a cross-linker2020

    • Author(s)
      Ogata M, Onoda T, Koizumi A, Tokunaga Y, Ohta I, Nukuzuma S, Park EY, Usui T, Suzuki T
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 5 Issue: 34 Pages: 21940-21947

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c03269

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      若松孝, 尾形慎, 植英規
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      若松孝, 尾形慎, 植英規
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      尾形慎, 小野田崇司, 植英規, 若松孝
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      若松孝, 小野田崇司, 植英規, 尾形慎
    • Organizer
      応用物理学会
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  • [Presentation] 酵素法を基盤とした糖質複合分子の機能設計に関する研究2021

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      尾形慎
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      日本農芸化学会
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      尾形慎, 小野田崇司, 小泉亜未, 徳永雄平, 太田勲, 奴久妻聡一, 朴龍洙, 碓氷泰市, 鈴木哲朗
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      日本応用糖質科学会
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    • URL

      https://researchmap.jp/ogata-m

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    • URL

      https://glycochemistry-lab.jp/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 分析装置および分析方法2022

    • Inventor(s)
      若松孝、植英規、尾形慎
    • Industrial Property Rights Holder
      若松孝、植英規、尾形慎
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-027118
    • Filing Date
      2022
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URL: 

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

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