| Project/Area Number |
22K11824
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
平田 洋子 岐阜大学, 高等研究院, 特任教授 (50271523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹森 洋 岐阜大学, 工学部, 教授 (90273672)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | フェロトーシス / 酸化ストレス / 鉄イオン / オキシトーシス / 蛍光プローブ |
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| Outline of Research at the Start |
我々は、独自に開発したN,N-ジメチルアニリン誘導体GIF-2114、GIF-2115が、HT22細胞において、従来の抗酸化物質とは全く異なる機構で活性酸素種を減少させるフェロトーシス阻害剤であることを報告した。さらに、GIF-2114/GIF-2115に蛍光標識剤を付加したプローブの作製に成功し、細胞イメージングを行なった結果、本化合物は、後期エンドソーム/リソソームに蓄積し、鉄イオン代謝を制御することにより活性酸素種を除去することが示唆された。本研究では、この先行研究を発展させ、N,N-ジメチルアニリン誘導体の鉄代謝への影響を解明し、新しい戦略に基づくフェロトーシス阻害剤を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.N,N-ジメチルアニリン誘導体GIF-2114、GIF-2115は海馬由来HT22細胞において、従来の抗酸化物質とは全く異なる機構でフェロトーシスを阻害するフェロトーシス特異的な阻害剤である。酸化ストレス保護活性（抗フェロトーシス活性）、後期エンドソーム／リソソームへの集積性、Fe2+の補足作用に必要な構造を決定するために、GIF-2115の構造類似体およびそれぞれの蛍光プローブを創製し、比較検討した。その結果、抗フェロトーシス活性には、GIF-2115のN,N-ジメチルアニリン構造およびN-メチル基が必須であることが明らかとなった(Hirata et al., RSC Adv, 13, 32276, 2023)。同様のN,N-ジメチルアニリン構造およびN-メチル基はGIF-2114にも含まれているため、この特徴はGIF-2114とGIF-2115に共通であると示唆される。
2. ケルセチンおよびレスベラトロールは典型的なファイトケミカルであり酸化ストレスを抑制することが報告されている。ケルセチンは鉄イオンとキレート構造をとることができるが、レスベラトロールは鉄イオンとキレート構造をとる可能性は低い。Gaussian 16ソフトを用いた密度汎関数理論 (density functional theory: DFT）によりケルセチンおよびレスベラトロールは共にFe2+と安定な複合体を形成することが示され、GIF-2114/2115と類似した機構でフェロトーシスを阻害するフェロトーシス阻害剤であることを明らかにした。 (Kato et al., Food Chem Toxicol 172, 113586, 2023)。
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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
昨年度は、GIF-2115 (GIF-2197-rのS体)の構造類似体 GIF-2027、GIF-2228-r、およびそれぞれの蛍光プローブGIF-2261-r、GIF-2255-rを創製し、酸化ストレス保護活性（抗フェロトーシス活性）、後期エンドソーム／リソソームへの集積性、Fe2+の補足作用を比較検討した。その結果、抗フェロトーシス活性にはGIF-2115のN,N-ジメチル構造、後期エンドソーム／リソソームへの集積性にはN-メチル基が必要であることが示唆された。今年度は、N,N-ジメチルアニリン構造およびN-メチル基の両方をもたないGIF-2227-rおよびその蛍光プローブGIF-2289-rを創製し、昨年度得られた結果を裏付けた。さらに、鉄イオン捕捉についてGIF-2115およびGIF-2027はキレート構造をとる可能性は低いため、Gaussian 16ソフトを用いた密度汎関数理論 (density functional theory: DFT）によりそれぞれの化合物とFe2+の複合体安定化エネルギー (ΔE) を計算した。その結果は、GIF-2197-r (ΔE = －13.0 kcal/mol)およびGIF-2027 (ΔE = －8.6 kcal/mol)であったのに比べ、GIF-2228-r (ΔE = +3.6 kcal/mol)およびGIF-2227-r (ΔE = +8.2 kcal/mol)であり、細胞・生化学実験の結果と一致した。これらの数値からFe2+はGIF-2115およびGIF-2027に配位 (coordination) することにより鉄依存性フェロトーシスを抑制することが示された。これらの知見は RSC Adv 13, 33276 (2023)に公表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.GIF-2114/GIF-2115がリソソームに集積し鉄イオンと配位する過程における、Steap3還元酵素の役割を検証するために、Steap3をノックアウトしたHT22細胞を樹立した。今年度は、この細胞の特徴付けを行い、Steap3還元酵素のGIF-2114/GIF-2115の抗フェロトーシス作用への影響を検討する。
2.これまでの概念では、3価鉄イオンはSteap3還元酵素で2価鉄イオンに還元されフェントン反応による活性酸素種の増加に寄与すると考えられている。我々の知見では、3価鉄イオンは培地に添加するだけでフェロトーシスを増悪する。Steap3還元酵素ノックアウト細胞を用いて、フェロトーシスにおける3価鉄イオンの役割を解明する。
3.GIF-2115/GIF-2114の脳移行性を調べる前段階として体内動態を検討した結果、両化合物とも肝ミクロソームにより速やかに分解されてしまうことが明らかとなった。このままの状態で化合物をマウス等に投与しても分解されてしまうため、抗フェロトーシス活性を維持しつつ疎水性を減弱させる構造改変を試みる。
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