Analysis and control of glycan function on cell surface crowding biosytems by synthetic biology

• Project Area: Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
• Project/Area Number: 20H04709
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 真鍋 良幸 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00632093)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 糖鎖 / 複合化 / 糖鎖合成 / レクチン / 免疫 / 分子夾雑 / 合成生物学 / N-グリカン

Outline of Research at the Start

糖鎖は細胞表面を被覆するように大量に存在し，糖鎖-糖鎖相互作用や糖鎖-レクチン相互作用，糖鎖-タンパク質相互作用などの複雑な相互作用ネットワークを形成する．そのため，糖鎖の機能解明にはタンパク質，脂質など多くの生体分子が密集した分子クラウディング状態の“分子夾雑系”での解析が重要である．加えて，生体内では構造多様性に富む糖鎖が複雑な混合物（グリコフォーム）として存在し，複数の糖鎖が相補的，協同的，競争的に作用して，創発的な機能を発現する．本研究では，膜タンパク質上のN結合型糖鎖（N-グリカン）に焦点を当てる．申請者の合成したN-グリカンライブラリを用いて糖鎖の形成する分子夾雑に挑む．

Outline of Annual Research Achievements

申請者の合成N-グリカンライブラリを保持している．これを用いて糖鎖の形成する分子夾雑に挑んだ．まず，HaloTagテクノロジーを用いて均一な合成糖鎖で標識されたモデル膜タンパク質を調製し，細胞表面の分子夾雑系において，それぞれの構造の糖鎖が形成する相互作用ネットワークを解析した．これにより，N-グリカンが膜タンパク質の機能を調節する分子基盤を解明した．さらに，本手法を種々のタンパク質に適用し，それぞれのタンパク質における糖鎖修飾の意義の違いや共通性についても検討した．また，糖鎖機能に基づいたタンパク質の機能制御も検証した．加えて，複数のTagを組み合わせることで，細胞表面でN-グリカンのグリコフォームを設計・再構築し，不均一性という概念を含む高次の分子夾雑を解析することで，糖鎖の意義に迫った．
i) 合成糖鎖の生細胞表面への提示と細胞表面夾雑系における相互作用解析：HaloTagテクノロジーにより，単一の合成N-グリカンで修飾したモデル膜タンパク質を生細胞上で調製し，細胞表面の分子夾雑系において，それぞれの構造のN-グリカンが様々な分子と相互作用した結果として膜タンパク質の動態に及ぼす影響を調べた．特に，さまざまな活性が報告されているガレクチンが膜タンパク質の動態に影響を与えること明確に示すことに成功した．
ii) タンパク質ごとの修飾糖鎖の機能解析と制御：上記の系を複数の膜タンパク異質に対して適用することで，タンパク質ごとの糖鎖修飾の機能について評価した．
iii) グリコフォームの再現と夾雑系における創発的機能発現の検証：複数のN-グリカンによる修飾がタンパク質動態を解析する．そのための複数のN-グリカン合成を達成した．さらにこれを細胞表層に提示することにも成功した．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chemical Biology Study on <i>N</i>-glycans (2021)
  • Author(s): Manabe Yoshiyuki
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 33 Issue: 193 Pages: E63-E67
  • DOI: 10.4052/tigg.2109.2E
  • NAID: 130008043795
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Year and Date: 2021-05-25
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular recognition of sialoglycans by streptococcal Siglec-like adhesins: toward the shape of specific inhibitors (2021)
  • Author(s): Di Carluccio Cristina、Forgione Rosa Ester、Bosso Andrea、Yokoyama Shinji、Manabe Yoshiyuki、Pizzo Elio、Molinaro Antonio、Fukase Koichi、Fragai Marco、Bensing Barbara A.、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: - Issue: 6 Pages: 1618-1630
  • DOI: 10.1039/d1cb00173f
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical Synthesis of Sialyl N ‐Glycans and Analysis of Their Recognition by Neuraminidase (2021)
  • Author(s): Shirakawa Asuka、Manabe Yoshiyuki、Marchetti Roberta、Yano Kumpei、Masui Seiji、Silipo Alba、Molinaro Antonio、Fukase Koichi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 60 Issue: 46 Pages: 24686-24693
  • DOI: 10.1002/anie.202111035
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] α‐Emitting cancer therapy using 211 At‐AAMT targeting LAT1 (2021)
  • Author(s): Kaneda‐Nakashima Kazuko、Zhang ZiJian、Manabe Yoshiyuki、Shimoyama Atsushi、Kabayama Kazuya、Watabe Tadashi、Kanai Yoshikatsu、Ooe Kazuhiro、Toyoshima Atsushi、Shirakami Yoshifumi、Yoshimura Takashi、Fukuda Mitsuhiro、Hatazawa Jun、Nakano Takashi、Fukase Koichi、Shinohara Atsushi
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 112 Issue: 3 Pages: 1132-1140
  • DOI: 10.1111/cas.14761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recent Advances in the Chemical Biology of N-Glycans (2021)
  • Author(s): Shirakawa Asuka、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi
  • Journal Title: Molecules Volume: 26 Issue: 4 Pages: 1040-1040
  • DOI: 10.3390/molecules26041040
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Behavior of glycolylated sialoglycans in the binding pockets of murine and human CD22 (2021)
  • Author(s): Di Carluccio Cristina、Forgione Rosa Ester、Montefiori Marco、Civera Monica、Sattin Sara、Smaldone Giovanni、Fukase K.、Manabe Y.、Crocker Paul R.、Molinaro Antonio、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 1 Pages: 101998-101998
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101998
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of ABO blood group antigens and functional glycan display on the cell surface (2020)
  • Author(s): Tsutsui Masato、Manabe Yoshiyuki、Kabayama Kazuya、Fukase Koichi
  • Journal Title: Arkivoc Volume: 2021 Issue: 4 Pages: 168-185
  • DOI: 10.24820/ark.5550190.p011.362
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recent advances in self-adjuvanting glycoconjugate vaccines (2020)
  • Author(s): Manabe Yoshiyuki、Chang Tsung-Che、Fukase Koichi
  • Journal Title: Drug Discovery Today: Technologies Volume: 2020 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1016/j.ddtec.2020.11.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Concise and Reliable Syntheses of Glycodendrimers via Self-Activating Click Chemistry: A Robust Strategy for Mimicking Multivalent Glycan?Pathogen Interactions (2020)
  • Author(s): Farabi K, Manabe Y, Ichikawa H, Miyake S, Tsutsui M, Kabayama K, Yamaji T, Tanaka K, Hung S-C, Fukase K.
  • Journal Title: J Org Chem Volume: 85 Issue: 24 Pages: 16014-16023
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01547
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Total Syntheses of C60- and C100-Dolichols (2020)
  • Author(s): Hirao Kohtaro、Ono Risako、Manabe Yoshiyuki、Masui Seiji、Atomi Haruyuki、Fukase Koichi
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 85 Issue: 17 Pages: 11549-11559
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling Molecular Recognition of Sialoglycans by Human Siglec-10 (2020)
  • Author(s): Forgione Rosa Ester、Di Carluccio Cristina、Guzman-Caldentey Juan、Gaglione Rosa、Battista Filomena、Chiodo Fabrizio、Manabe Yoshiyuki、Arciello Angela、Del Vecchio Pompea、Fukase Koichi、Molinaro Antonio、Martin-Santamaria Sonsoles、Crocker Paul R.、Marchetti Roberta、Silipo Alba
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 6 Pages: 101231-101231
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101231
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Middle Molecular and Conjugation Strategies for Development of Bioactive Middle Molecules (2020)
  • Author(s): Manabe Yoshiyuki、Shimoyama Atushi、Kabayama Kazuya、Fukase Koichi
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 78 Issue: 5 Pages: 527-537
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.78.527
  • NAID: 130007841845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Immunological Evaluation of Co‐Assembling a Lipidated Peptide Antigen and Lipophilic Adjuvants: Self‐Adjuvanting Anti‐Breast‐Cancer Vaccine Candidates (2020)
  • Author(s): Aiga Taku、Manabe Yoshiyuki、Ito Keita、Chang Tsung‐Che、Kabayama Kazuya、Ohshima Shino、Kametani Yoshie、Miura Ayane、Furukawa Hiroto、Inaba Hiroshi、Matsuura Kazunori、Fukase Koichi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 40 Pages: 17705-17711
  • DOI: 10.1002/anie.202007999
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Synthetic Approach for Elucidating the N-Glycan Functions (2021)
  • Author(s): Yoshiyuki Manabe
  • Organizer: Asian Glyco Webinar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cancer immune therapy by antibody-recruiting using metabolic labeling (2021)
  • Author(s): Hersa Milawati, Yoshiyuki Manabe, Kazuya Kabayama, Koichi Fukase
  • Organizer: IEIIS2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コアフコース含有N-グリカンの機能解明・制御 を目指したケミカルバイオロジー研究 (2021)
  • Author(s): 真鍋良幸，Roberta Marchetti，武部智之，笠原里実，高倉陽平，二瓶渉，田中克典，樺山一哉，Alba Silipo，Antonio Molinaro，深瀬 浩一
  • Organizer: 第15回バイオ関連シンポジウム
• [Presentation] 超好熱性古細菌Thermococcus kodakarensis由来N-グリカンの合成 (2021)
  • Author(s): 平尾宏太郎，真鍋良幸，跡見晴幸，Antonio Molinaro，Cristina De Castro，深瀬浩一
  • Organizer: 化学フェスタ
• [Presentation] Synthetic Biology Approach for Elucidating the N-Glycan Functions (2021)
  • Author(s): Yoshiyuki Manabe
  • Organizer: 4th A3 Young Scientist Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Siglecとの相互作用解析のためのシアル酸含有N-グリカンの合成 (2021)
  • Author(s): 白川明日香、真鍋良幸、出村健太、増井誠二、深瀬浩一
  • Organizer: 第101回日本化学会春季年会
• [Presentation] カゴ型ホウ素錯体によるフッ化糖を用いたグリコシル化反応の開発 (2021)
  • Author(s): 生長優香、笹谷祥大、真鍋良幸、角永悠一郎、小西彬仁、安田誠、深瀬浩一
  • Organizer: 第101回日本化学会春季年会
• [Presentation] ドリコールの全合成および合成プローブを用いたドリコールの機能解析 (2021)
  • Author(s): 小野莉紗子，平尾宏太郎，真鍋良幸，梅川雄一，村田道雄，深瀬浩一
  • Organizer: 第101回日本化学会春季年会
• [Presentation] 共会合型セルフアジュバンティング乳がんワクチンの合成と免疫機能評価 (2021)
  • Author(s): 伊藤啓太，真鍋良幸，相賀拓，樺山一哉，大島志乃，亀谷美恵，古川寛人，稲葉央，松浦和則，深瀬浩一
  • Organizer: 第101回日本化学会春季年会
• [Presentation] Synthetic study of N-glycan from hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakarensis (2021)
  • Author(s): K. Hirao, Y. Manabe, I. Speciale, H. Atomi, A. Molinaro, C. De, Castro. K. Fukase
  • Organizer: 第101回日本化学会春季年会
• [Presentation] Analysis of Membrane Protein Dynamics by Glycan-galectin Interaction Using Synthetic Glycan-displaying Cells (2021)
  • Author(s): 三浦彩音 ・樺山一哉 ・真鍋良幸・三宅秀斗・白川明日香・初村洋紀・山地俊之・鈴木健一・深瀬浩一
  • Organizer: 東海大学マイクロ・ナノ啓発会
• [Presentation] Analysis of Membrane Protein Dynamics by Glycan-galectin Interaction Using Synthetic Glycan-displaying Cells (2020)
  • Author(s): Ayane Miura, Syuto Miyake, Kazuya Kabayama, Yoshiyuki Manabe, Asuka Shirakawa, Hiroki Syomura, Toshiyuki Yamaji, Kenichi Suzuki, Koichi Fukase
  • Organizer: Academia Sinica-Osaka University Symposium 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Immunological Evaluation of Conjugate/Co-Assembly of Peptide Antigen and Adjuvant as Self-adjuvanting Anti-breast Cancer Candidates (2020)
  • Author(s): Keita Ito, Yoshiyuki Manabe, Taku Aiga, Tsung-Che Chang, Kazuya Kabayama, Shino Ohshima, Yoshie Kametani, Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba, Kazunori Matsuura, and Koichi Fukase
  • Organizer: 第57回ペプチド討論会
• [Presentation] Siglecとの相互作用解明を目指した重水素標識シアル酸含有N-グリカンの合成研究 (2020)
  • Author(s): 白川明日香、真鍋良幸、出村健太、増井誠二、深瀬浩一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] コアフコースの機能制御を目指したFUT8阻害剤の開発 (2020)
  • Author(s): 柳原 茉由、高倉 陽平、真鍋 良幸、深瀬 浩一
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ