ヒト嗅覚受容体セルアレイセンサーによるヒトにおい認識システムの解明

• Project/Area Number: 22K18343
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 黒田 俊一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (60263406)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2023: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2022: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 嗅覚受容体 / 匂いセンサー / ヒト嗅覚受容体 / ヒト嗅覚レパートリー / 嗅覚DX

Outline of Research at the Start

ヒト嗅覚受容体レパートリーを解明して、ヒト嗅覚のにおい分子認識機構をリガンド・レセプターの関係で解析することは、どのようなにおい分子情報が、嗅神経を介して、嗅球を経て情動を司る扁桃体、記憶を司る海馬、自律神経を司る視床下部に作用するのかを理解するための基本データである。そのため、数多くの研究が世界中で行われているが、全388種類のヒトORのにおい分子に対する応答を同じ条件で同時に、また高速（15分以内）に測定する方法は存在していなかった。我々のヒト嗅覚受容体セルアレイセンサーは、その致命的な欠点を世界で初めて克服したものであり、これまでのヒト嗅覚研究に全く新しい知見をもたらすものと考えている。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに、我々はヒト嗅覚受容体セルアレイセンサーで約100種類のにおい分子（単純臭・複合臭）を測定しており、388次元のにおいマトリックスを蓄積した。しかし、以前より先駆的なヒトOR研究を行っている米国Duke大学の松波先生のグループなどでも共通した未解決課題として、ヒトOR発現細胞のにおい分子に対する検出感度不足がある。具体的には、ヒト嗅神経細胞の内在性ORは非極性におい分子に対して最少検出感度が概ねppbレベルであるが、再構成OR発現細胞の最少検出感度は２桁低い。その原因は２点に集約され、（１）７回膜貫通タンパク質であるヒトOR分子がHEK293細胞の小胞体膜に正しく配向しない（松波先生の近著：PNAS 2020 117(6):2957-2967にも同様の指摘有）、（２）細胞内Caイオン濃度変化を確実に捕らえていないである。そこで、本研究では、初年度は、再構成したOR発現細胞の検出感度上昇を図った。具体的には、ヒトOR発現系の改良のために、ORの正しい膜局在を促すN末端シグナルペプチドをLucy、リゾチーム、IL2由来ペプチド等への置換や融合を検討した。また、Caイオン検出系の改良のため、CameleonやYC2.60を検討した。さらに、各種阻害剤の検討のため、GRK3、PDE、CX、PMCA、CALM、CAMKIIの各阻害剤を単独もしくは組み合わせて検討した。
今回、２年度では、ヒト嗅覚で感じるにおい分子数は数十万説から数千万説まであり定説がない。しかし、ヒト官能（香調）データに基づく多変量分析によれば、ヒト嗅覚が感じるにおい分子は10種類のグループに分類でき、各グループに代表的なにおい分子138種類が示されている（Castroら、PlosONE 2013 8(9):e73289）。そこで、２年度では上記分類の検証も含めて、提示されている138種類のにおい分子を全て改良型本センサーで測定し、388次元のにおいマトリックスデータを得た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

特に記載するような障害などはなく、順調である．

Strategy for Future Research Activity

申請書に従って、遅滞なく進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] ヒト嗅覚受容体発現セルアレイセンサーによる匂い情報DX の実現 (2024)
  • Author(s): 森山さくら、黒田俊一
  • Journal Title: Japanese Journal of Sensory Evaluation Volume: 28 Pages: 11-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes in Olfactory Receptor Responses in the Modulatory Action of Sensuous Deodorization (2023)
  • Author(s): 光田 恵、竹下 剛司、花岡 早苗、近藤 早紀、立松 健司、黒田 俊一
  • Journal Title: Journal of human and living environment Volume: 30 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.24538/jhesj.30.1_1
  • ISSN: 1340-7694, 2433-2836
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヒト嗅覚受容体を用いた香りの相互作用の研究 (2023)
  • Author(s): 安永 元樹, 高井 英司, 服部 祥治, 立松 健司, 黒田 俊一
  • Journal Title: フレグランスジャーナル Volume: 51 Pages: 51-57
• [Journal Article] Human olfactory receptor cell array sensors for digitizing odor information (2023)
  • Author(s): 黒田 俊一
  • Journal Title: Annual Meeting of the Japanese Society of Toxicology Volume: 50.1 Issue: 0 Pages: S35-1
  • DOI: 10.14869/toxpt.50.1.0_S35-1
• [Journal Article] ヒト嗅覚受容体セルアレイセンサーによる匂い情報のデジタル化技術 (2023)
  • Author(s): 黒田 俊一
  • Journal Title: 中毒研究 Volume: 36 Pages: 401-405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human Olfactory Receptor Sensor for Odor Reconstitution (2023)
  • Author(s): Kuroda Shun’ichi、Nakaya-Kishi Yukiko、Tatematsu Kenji、Hinuma Shuji
  • Journal Title: Sensors Volume: 23 Issue: 13 Pages: 6164-6164
  • DOI: 10.3390/s23136164
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of 3-octen-2-one on human olfactory receptor responses to vanilla flavor (2022)
  • Author(s): Motoki Yasunaga, Eiji Takai, Shoji Hattori, Kenji Tatematsu, Shun'ichi Kuroda
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 86 Issue: 11 Pages: 1562-1569
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac147
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Exploration of compounds improving the sensitivity of Ca2+ imaging to detect olfactory receptor responses. (2022)
  • Author(s): Masaya NANAHARA, Yujia LIAN, Hinako SAKAI, Shuuji HINUMA, Kenji TATEMATSU, Shun’ichi KURODA
  • Organizer: 味と匂学会
• [Presentation] Effects of signal peptides and accessory proteins on cell-surface expression of human olfactory receptors transiently expressed in HEK293T cells (2022)
  • Author(s): Keisuke Tomio, Kenji Tatematsu, Shuji Hinuma, Shun’ichi Kuroda
  • Organizer: 味と匂学会
• [Presentation] Optimization of cAMP responses detection by odorant stimulation of HEK293T cells transiently expressing human olfactory receptors (2022)
  • Author(s): Yukie Takita, Kenji Tatematsu, Shuji Hinuma, Shun’ichi Kuroda
  • Organizer: 味と匂学会
• [Presentation] Studies on interaction of human olfactory receptors and TRPV1 using HEK293T cells (2022)
  • Author(s): Sakura MORIYAMA, Kenji TATEMATSU, Shuji HINUMA, Shun’ichi KURODA
  • Organizer: 味と匂学会
• [Book] おいしさの科学とフードテック最前線 (2022)
  • Author(s): 都甲潔
  • Total Pages: 435
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781316758