Exploration of vitamin D metabolites involved in the maintenance of bone metabolic balance
| Project/Area Number |
22K19101
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長澤 和夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10247223)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 廃用性骨粗鬆症 / ビタミンD代謝物 / 重水素標識化合物 / LC-MS/MS解析 / 骨代謝 / ビタミンDメタボローム解析 |
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| Outline of Research at the Start |
クマの冬眠期で観察される「力学負荷のない状態で正常な骨代謝が持続する現象」に関し、これを制御する鍵化合物をビタミンD (VD) 代謝物から探索する。本探索では、活動期および冬眠期のクマの血清を用い、VD代謝物のメタボローム解析を行う。さらに探索したVD代謝物の破骨細胞分化抑制活性を評価し、目的とする代謝物を突き止める。得られる成果は、廃用性骨粗鬆症の克服に寄与する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の骨密度は「破骨細胞による骨破壊」と「骨芽細胞による骨形成」からなる骨代謝バランスにより厳密に制御されている。ヒトの場合、骨代謝のバランスはビタミンD (以下VD)やビタミンKなどの栄養素、また運動等による骨への力学負荷 (運動負荷)により調節される。特に力学負荷が減弱すると、骨破壊 (骨量の減少)が異常に亢進することで骨代謝バランスが破綻し、廃用性骨粗鬆症になる。本疾患は、入院や加齢等で寝たきり状態の継続、また宇宙滞在時の微小重力環境により引き起こされ、現代の高齢化社会の喫緊の課題である。これまで本疾患に関し、実験室レベルで検証可能な力学負荷の加重による骨代謝機構が精力的に研究されている。一方、力学負荷の減弱で亢進する骨破壊機構は依然不明である。本研究では、一部の哺乳動物が冬眠環境等で力学負荷が減弱した状態で廃用性骨粗鬆症が観察されないことに着目し、当該動物の活動期と冬眠期での血中における、骨代謝に重要なVD代謝物群の各濃度を調べることで、廃用性骨粗鬆症の亢進を阻害する鍵化合物をVD代謝物群の中から同定することを目的とした。血中からVD代謝物群の各濃度を測定するためには、LC-MS/MS法を用いるが、これらの濃度を正確に測定するためには、各VD代謝物の重水素標識化された誘導体が必要になる。そこで本研究では、重水素化標識VD代謝物の合成法を開発することとした。また合成した標識代謝物類を用い、冬眠動物の活動期と冬眠期の血清サンプルからVD代謝物群の濃度を比較することで、VD鍵代謝物を同定し、本化合物の破骨細胞への分化抑制を指標とした生物活性評価を計画した。本年度は、VD骨格中に複数の重水素が導入されたVD誘導体の一般合成手法を開発した。
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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
VD代謝物のメタボローム解析 (LC-MS/MS法)では、対象化合物を定量化するために、標準物質として用いるための複数の重水素で標識されたVD代謝物類が必要となる。VD類は一般に、A環とCD環を別々に合成し、これらを結合することで得られる。VDの代謝物の多くはD環の側鎖部が酸化された化合物群であることから、A環に複数の重水素を導入した化合物を共通セグメントとして用い、重水素化VD代謝物群を合成すると効率が良いと考えた。そこで本研究では、(a) 複数の重水素が導入されたA環等価体を合成し、(b) (a)で開発したA環を用い重水素化VD代謝物を系統的に合成することを計画した。これにより、VDの代謝物標識化ライブラリー構築が可能になると考えた。リンゴ酸の還元により得られるジオールにルテニウム触媒存在下重水を反応させることで、重水素が３つ導入されたジオールを得た。１級水酸基をトシルエステルとし、これを脱離基としたアセチレンの導入反応を行った。ついで、１位に相当するカルボニル基にメチレンWittig試薬、またはビニルGrignard試薬を反応させることで、それぞれ25Dタイプ、1,25Dタイプの誘導体類を合成するためのA環シントンを合成することができた。これらを別途合成したCD環類と反応させることで、A環に３つの重水素が導入されたVD代謝物を５種合成することができた。本手法を基盤として、重水素標識化されたVD代謝物のさらなる拡充を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した、重水素標識化されたVD代謝物の合成手法をもとに、代謝物のライブラリー拡充を行う。また合成した重水素標識化されたVD代謝物群を標準物質として用い、冬眠動物の活動期および冬眠期に採取された血清を用い、VD代謝物類の同定と定量の解析を行う。活動期/冬眠期の間でのVD代謝物類の成分や濃度の差異を解析し、廃用性骨粗鬆症の亢進阻害に関連すると考えられる代謝物候補を同定する。同定した代謝物について、非ラベル化体を再合成し、当該化合物の破骨細胞に対する活性を評価する。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Controlled lipid β-oxidation and carnitine biosynthesis by a vitamin D metabolite2022
Author(s)
Mendoza, A., Takemoto, Y., Cruzado, KT., Masoud, SS., Nagata, A., Tantipanjaporn, A., Okuda, S., Kawagoe, F., Sakamoto, R., Odagi, M., Mototani, S., Togashi, M., Kawatani, M., Aono, H., Osada, H., Nakagawa, H., Higashi, T., Kittaka, A., Nagasawa, K., Uesugi, M.
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Journal Title
Cell Chem Biol.
Volume: 29
Issue: 4
Pages: 660-669
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] シトクロムP450によるビタミンD3ラクトンの代謝物探索と構造解析2023
Author(s)
飯島一翔,坂本良太,永田亜希子,水本結花,仲谷尚人,安田佳織,榊利之,福沢世傑,滝脇正貴,菊谷善國,小田木陽,寺正行,長澤和夫
Organizer
日本化学会 第103回春季年会
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