| Project/Area Number |
21H05006
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Broad Section C
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| Research Institution | Nakamura Gakuen College (2024-2025)
Kyushu University (2021-2023) |
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Principal Investigator |
都甲 潔 中村学園大学, 栄養科学研究科, 特任教授 (50136529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 利郎 九州大学, 農学研究院, 教授 (20238942)
巫 霄 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (20825351)
重村 憲徳 九州大学, 歯学研究院, 教授 (40336079)
小野寺 武 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (50336062)
内田 享弘 武庫川女子大学, 薬学部, 教授 (70203536)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥190,190,000 (Direct Cost: ¥146,300,000、Indirect Cost: ¥43,890,000)
Fiscal Year 2025: ¥31,720,000 (Direct Cost: ¥24,400,000、Indirect Cost: ¥7,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥33,540,000 (Direct Cost: ¥25,800,000、Indirect Cost: ¥7,740,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,230,000 (Direct Cost: ¥27,100,000、Indirect Cost: ¥8,130,000)
Fiscal Year 2022: ¥35,750,000 (Direct Cost: ¥27,500,000、Indirect Cost: ¥8,250,000)
Fiscal Year 2021: ¥53,950,000 (Direct Cost: ¥41,500,000、Indirect Cost: ¥12,450,000)
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| Keywords | 味覚センサ / アロステリー / 味覚受容体 / 非荷電味物質 / 広域選択性 / 非荷電苦味物質 / NMR法 |
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| Outline of Research at the Start |
味を測る装置である味覚センサは脂質と可塑剤，高分子（ポリ塩化ビニル）からなる受容部（脂質高分子膜）を有し，既に実用に供されているが，膜電位計測であるため，電荷を有しない味物質（糖類や非荷電苦味物質）の計測は不可能であった．本研究課題は，この課題を解決すべく，「日本発，世界初の味を測ることを可能とした味覚センサ」と「分子生物学的アプローチで進められた味覚受容研究」を新たな一つの次元に落とし込むことで，アロステリーを利用することで味覚センサの非連続的かつ飛躍的深化を図る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
5つのグループが連携し以下の成果を得た．
1）非荷電苦味物質の検知とセンサの創薬応用:2023年に開発した3-bromo-2,6-dihydroxybenzoic acid（3-Br-2,6-DHBA）修飾型受容膜を用いた味覚センサにて，官能検査と併用して創薬応用を目指した実験を遂行した．対象医薬品として従来の市販苦味用センサでは検知不可能であった，抗がん作用を有するアセフィリン，気管支拡張薬のドキソフィリン，類似のプリン構造をもち高尿酸血症治療に使用されるアロプノールを選定し，その検知と定量化に成功した．
2）甘味受容膜の開発：トリメリット酸を修飾剤に用いた甘味膜で，膜組成（修飾剤と脂質）を調整することで，さらなる高い感度と選択性を得ることに成功し，当初目的を達成できた．さらに，糖類の2つの水酸基と共有結合することが知られているフェニルボロン酸を用いた味覚センサで，糖類への電位応答が糖の水酸基構造および溶液中金属イオン（Naイオン等）に影響されることを確認し，膜組成変更により他基本味への応答を抑えた甘味選択性向上に成功した．また分子動力学シミュレーションにより，アセサルファムKは，ヒトTAS1R2の細胞外領域に安定して結合することを見出した．
3）うま味受容膜の開発：膜修飾物質2,6-dihydroxyterephthalic acid(2,6-DHTA)を用いた脂質高分子膜 がうま味物質MSGに極めて大きな応答をすることを見出し，NMR法を活用することで，その受容機構の解明に成功した．種々の膜修飾剤を検討した結果，ベンゼン環に２つのカルボキシ基と一つの水酸基を有した構造がMSG検知に有効であることを明らかにした．同様に核酸系うま味物質IMPについても，味覚センサ応答を確認し，NMR法でも膜修飾物質2,6-DHTAとIMPとの有意の相互作用を確認できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
中間評価の時点では，従来の甘味センサの受容機構の解明，非荷電苦味物質の検知と塩味エンハンス効果の再現に成功し，新たに開発した苦味用センサの創薬応用，甘味物質の高感度検知の実現とうま味検知について新膜の検討の3点が残された課題となった．その後，急速な進展を示し，これら３点も予定どおり解決しつつある．
まず創薬応用については，3-Br-2,6-DHBA修飾膜を用い，実用に供されているキサンチン骨格型の非荷電性医薬品アセフィリン（抗がん作用），ドキソフィリン（気管支拡張薬），ヒポキサンチンの類似体であるアロプノール（高尿酸血症治療）の検知と定量化に成功した．さらなる創薬応用を目指し，従来のセンサでは検知できないβラクタム系薬物アモキシシリン（広域ペニシリン）及びセフェム系内服薬の苦味検知にも成功しつつあり，着実に創薬応用を可能としつつある．
次に甘味物質の高感度検知については２つの方法を遂行し,目標を達成できた．一つはトリメリット酸を修飾剤に用いた従来型甘味膜の改良であり，これまでの65 mVという電位応答を大きく凌ぐ100 mV超の応答を得た．もう一つはフェニルボロン酸を含む受容膜の開発であり，その結果，例えばフラクトースやマルチトールなどの糖類に80 mV以上もの応答を得ることができた．また，分子動力学シミュレーションならびに人工味細胞を用いた味覚生理学的研究により，アロステリー機構の解明も進み，本結果をセンサ開発に反映させることができた．
うま味受容膜の開発であるが，2,6-DHTAを用いた脂質高分子膜がうま味物質MSGならびにIMPに大きな応答をすることを見出し，NMR法を用い，その受容機構の解明にも成功した．種々の膜修飾剤を検討した結果，ベンゼン環に２つのカルボキシ基と一つの水酸基を有した構造がMSG検知に有効であることを明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
非荷電苦味物質の検知とセンサの創薬応用:本年度も引き続きアロステリーを利用したセンサの応用拡張性，つまり創薬応用を図る．従来の苦味用センサでは応答しない薬物に的を絞り，例えば広域ペニシリン系抗生物質のアモキシシリン，セフェム系抗生物質のセファレキシン等の識別と定量化を図る．その際，もちろん膜修飾物質の最適化を図るが，同時に臨床でよく知られたうま味物質が医薬品の苦味を抑制する現象（苦味抑制効果）についても検証を試みる．以上，食品であるカフェインに始まり，抗生物質を含む代表的医薬品の苦味の数値化を可能とするセンサの実現を目指す．
甘味受容膜の開発：さらなる選択特異性の実現を目指しボロン酸誘導体を用いた糖類検知について，Ｒ６年度に続いて研究を遂行し，糖類への高い感度と選択性を目指す．さらに，その研究と同時に，今後の当該分野のさらなる発展を期し，生体模倣機構（分子認識能とアロステリー）を取り込んだ受容膜の開発を推進する．生体系の甘味受容では，カルボキシ基，水酸基，アミノ基がその受容に主要な働きをするため，膜修飾物質にはこれら官能基を有する芳香族化合物を選択する．
うま味受容膜の開発：新規受容膜によるMSGとIMPの受容機構を明らかにすると同時に，MSGとIMP共存時にうま味が飛躍的に増加するという相乗効果の検知についても研究を進める．その際，複数の膜修飾物質を検討し，MSG，IMPそして相乗効果検知の最適化を図る．
上記３つの課題を５グループで実施し，まめに意見交換・検討の場を持つことでPDCAサイクルを繰り返し，迅速化を図り本申請課題の達成に向け努力する．
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| Assessment Rating |
Interim Assessment
A: 順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる
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