糖脂質MPIase合成類縁体による膜挿入酵素様活性の機構解明

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 18H04433
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Suntory Foundation for Life Sciences
• Principal Investigator: 島本 啓子 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・構造生命科学研究部, 主幹研究員 (70235638)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 糖鎖 / 糖脂質 / 脂質 / 生体膜 / 膜挿入 / 膜タンパク質 / 膜脂質 / 合成 / 膜物性 / シャペロン

Outline of Annual Research Achievements

膜タンパク質が正常な機能を発揮するためには、細胞内のリボソームにおいて生合成されたタンパク質が、正しい三次元構造と配向性をもって細胞膜へ挿入されることが必須であり、その分子機構解明は生命科学における重要な課題の一つである。最近、我々は大腸菌内膜における膜タンパク質挿入に必須の新たな因子として、MPIase（Membrane Protein Integrase）を発見した。MPIaseは3種類のアミノ糖からなるユニットが10回程度連結し、ピロリン酸を介してジアシルグリセロールに結合する特異な糖脂質である。我々はMPIaseの部分構造である3糖ピロリン脂質(mini-MPIase-3)およびその類縁体を化学合成し、純粋な化学合成標品を用いた構造活性相関から、mini-MPIase-3に最小活性構造が含まれる事、リン酸化された糖鎖部にシャペロン様活性がある事、脂質部による膜へのアンカリングが活性に必須である事などを明らかにした。また、官能基の構造活性相関研究から、グルコサミンのOAc基、マンノサミンの6位カルボキシル基、ピロリン酸の重要性を明らかにした。OAc基の重要性の要因を探るために、新たな類縁体の合成を開始した。
さらに、糖鎖伸長や機能性官能基の導入のため、効率的に糖鎖縮合する新戦略を開発し、6糖ピロリン脂質(mini-MPIase-6)や蛍光標識mini-MPIase-3(FL-mini-MPIase-3)の合成を達成した。糖鎖伸長による挿入活性の増強を確認した一方で、蛍光標識化したMPIase類縁体は挿入活性を失っている事が明らかとなった。現在、蛍光基やリンカー部の構造を検討している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enzyme-like Glycolipids MPIase Involved in Membrane Protein Integration of <i>E. coli</i> (2019)
  • Author(s): Kohki Fujikawa, Ken-ichi Nishiyama and Keiko Shimamoto
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 31 Issue: 184 Pages: E151-E158
  • DOI: 10.4052/tigg.1705.1E
  • NAID: 130007751014
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Year and Date: 2019-11-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel Glycolipid Involved in Membrane Protein Integration: Structure and Mode of Action (2019)
  • Author(s): Fujikawa, K.; Nomura, K.; Nishiyama, K. I.; Shimamoto, K.
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 77 Issue: 11 Pages: 1096-1105
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.77.1096
  • NAID: 130007742536
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Year and Date: 2019-11-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Alteration of membrane physicochemical properties by two factors for membrane protein integration (2019)
  • Author(s): Nomura K, Yamaguchi T, Mori S, Fujikawa K, Nishiyama K, Shimanouchi T, Tanimoto Y, Morigaki K, Shimamoto K.
  • Journal Title: Biophys. J. Volume: 117 Issue: 1 Pages: 99-110
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2019.05.014
  • NAID: 120006844183
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CdsA is involved in biosynthesis of glycolipid MPIase essential for membrane protein integration in vivo (2019)
  • Author(s): Sawasato Katsuhiro、Sato Ryo、Nishikawa Hanako、Iimura Naoki、Kamemoto Yuki、Fujikawa Kohki、Yamaguchi Toshiyuki、Kuruma Yutetsu、Tamura Yasushi、Endo Toshiya、Ueda Takuya、Shimamoto Keiko、Nishiyama Ken-ichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1372-1372
  • DOI: 10.1038/s41598-018-37809-8
  • NAID: 120007176808
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Syntheses and Activities of the Functional Structures of a Glycolipid Essential for Membrane Protein Integration (2018)
  • Author(s): Fujikawa Kohki、Suzuki Sonomi、Nagase Ryohei、Ikeda Shiori、Mori Shoko、Nomura Kaoru、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 13 Issue: 9 Pages: 2719-2727
  • DOI: 10.1021/acschembio.8b00654
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 酵素みたいな(?)糖脂質 MPIaseの構造と機能 (2019)
  • Author(s): 島本啓子
  • Organizer: 酵素工学研究会第81回講演会
  • Invited
• [Presentation] 大腸菌膜タンパク質膜挿入に必須な糖脂質MPIase類縁体の合成 (2019)
  • Author(s): 藤川,鈴木,池田,森,野村,西山,島本
  • Organizer: 第38回日本糖質学会年会
• [Presentation] 蛋白質膜挿入因子MPIase の作用機構解明に向けた膜物性変化と相互作用解析 (2019)
  • Author(s): 森,野村,山口,藤川,島本
  • Organizer: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 大腸菌の膜タンパク質膜挿入機構解明を目指した蛍光標識MPIase類縁体の合成 (2019)
  • Author(s): 藤川, 梅川, 鈴木, 西山, 島本
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] Characterization of MPIase, a glycolipid essential for the membrane protein integration. (2018)
  • Author(s): Nomura, Mori, Fujikawa, Maeda, Yamaguchi, Nishiyama, Shimamoto
  • Organizer: 29th International Carbohydrate Symposium (ICS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Syntheses and activities of the functional structures of a glycolipid essential for membrane protein integration. (2018)
  • Author(s): Fujikawa, Suzuki, Nagase, Ikeda, Mori, Nomura, Nishiyama, Shimamoto
  • Organizer: 29th International Carbohydrate Symposium (ICS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大腸菌膜タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIase部分構造の合成と活性． (2018)
  • Author(s): 藤川, 鈴木, 池田, 森, 野村, 西山, 島本
  • Organizer: 第37回日本糖質学会年会
• [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIase部分構造の合成と活性． (2018)
  • Author(s): 藤川, 鈴木, 池田, 森, 野村, 西山, 島本
  • Organizer: 第5回FCCAシンポジウム・グライコサイエンス若手フォーラム
• [Presentation] 大腸菌の膜タンパク質膜挿入に必須な糖脂質MPIase類縁体の合成と活性 (2018)
  • Author(s): 藤川, 鈴木, 池田, 森, 野村, 西山, 島本
  • Organizer: 第60回天然有機化合物討論会
• [Presentation] Syntheses and activities of the functional structures of MPIase, a glycolipid essential for membrane protein integration in E. coli. (2018)
  • Author(s): Fujikawa, Suzuki, Nagase, Ikeda, Mori, Nomura, Nishiyama, Shimamoto
  • Organizer: The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-14).
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膜タンパク質膜挿入に関わる糖脂質 -構造と機能-. (2018)
  • Author(s): 島本
  • Organizer: 第16回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 蛋白質膜挿入因子MPIaseと抑制因子DAGによる膜物性変化 (2018)
  • Author(s): 森, 野村, 山口, 島内, 谷本, 森垣, 藤川, 西山, 島本
  • Organizer: 第12回バイオ関連化学シンポジウム