Screening of lipid-recognizing natural ligands towards elucidation of lipid-related chemical communication

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 20H04781
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 松森 信明 九州大学, 理学研究院, 教授 (50314357)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (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: 脂質 / 化学コミュニケーション / 脂質ラフト / スフィンゴミエリン / セラミド / 天然物

Outline of Research at the Start

生理活性天然物リガンドには脂質を認識するものが数多く見出されており、薬剤や分子プローブとして用いられている。松森はこれまで、脂質と膜タンパク質の相互作用解析を目的に脂質固定ビーズを調製し、脂質特異的タンパク質の取得を行ってきた。この脂質固定ビーズが、脂質特異的タンパク質の探索ばかりでなく、脂質を認識する天然物リガンドの探索にも役立つのではないかと考え、本研究を着想した。このようにして脂質認識能を有する天然物リガンドを探索し、それらを創薬シーズや脂質を標識する化学プローブとして利用することを目的とする。これにより脂質に関連した化学シグナルの解析を加速し、その理解を深めていく。

Outline of Annual Research Achievements

脂質ラフトは細胞間化学コミュニケーションのプラットフォームとして機能する。また生理活性脂質の医薬品展開を目指した研究も行われている。このように、脂質は細胞膜における化学コミュニケーションを媒介するだけでなく、脂質そのものが生理活性を有する化学コミュニケーションの担い手でもある。一方で、生理活性天然物リガンドには脂質を認識するものが数多く見出されており、薬剤や分子プローブとして用いられている。松森はこれまで、脂質と膜タンパク質の相互作用解析を目的に脂質固定ビーズを調製し、脂質特異的タンパク質の取得を行ってきた。この脂質固定ビーズが、脂質特異的タンパク質の探索ばかりでなく、脂質を認識する天然物リガンドの探索にも役立つのではないかと考え、本研究を着想した。このようにして脂質認識能を有する天然物リガンドを探索し、それらを創薬シーズや脂質を標識する化学プローブとして利用することを目的とする。
2021年度は、脂質ラフトの構成脂質でありかつ生理活性も強いスフィンゴミエリンやセラミド、スフィンゴ糖脂質などのスフィンゴ脂質を固定化したビーズを調製し、脂質認識天然物リガンドのアフィニティー精製を行った。天然物のソースとして、アンフィジノール類など多くの特徴的な二次代謝産物を生産する渦鞭毛藻の抽出物を検討した。その結果、質量分析においてスフィンゴミエリンやセラミドに特異的な天然物と思われるシグナルを複数確認でき、その単離を開始した。
また、渦鞭毛抽出液以外に、天然物ライブラリーを天然物ソースとして用い、脂質特異的天然物の探索も検討した。しかし、脂質固定ビーズを用いたライブラリーからの探索は必ずしも効率がよくないことが分かり、表面プラズモンの表面に脂質分子を化学的に固定化する探索法を考案し、これを実践した。

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

• [Int'l Joint Research] Abo Akademi University(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] University of Strasbourg(フランス)
• [Int'l Joint Research] Abo Akademi University(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] University of Strasbourg(フランス)
• [Journal Article] 脂質ラフトを標的とする局所麻酔薬の作用機序 (2022)
  • Author(s): 木下 祥尚, 松森 信明
  • Journal Title: Medical Science Digest Volume: 48 Pages: 50-51
• [Journal Article] Preparation of Nitrogen Analogues of Ceramide and Studies of Their Aggregation in Sphingomyelin Bilayers (2021)
  • Author(s): Yasuda Hiroki、Torikai Kohei、Kinoshita Masanao、Sazzad Md. Abdullah Al、Tsujimura Koya、Slotte J. Peter、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: Langmuir Volume: 37 Issue: 42 Pages: 12438-12446
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02101
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent advances in microscale separation techniques for lipidome analysis (2021)
  • Author(s): Kawai Takayuki、Matsumori Nobuaki、Otsuka Koji
  • Journal Title: The Analyst Volume: 146 Issue: 24 Pages: 7418-7430
  • DOI: 10.1039/d1an00967b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脂質ラフトと麻酔メカニズム (2021)
  • Author(s): 松森 信明
  • Journal Title: 麻酔 Volume: 70 Pages: 724-731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal complex lipids for fluid?fluid phase separation in co‐assembled phospholipid membranes (2021)
  • Author(s): Ohtani Ryo、Anegawa Yuka、Watanabe Hikaru、Tajima Yutaro、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki、Kawano Kenichi、Yanaka Saeko、Kato Koichi、Nakamura Masaaki、Ohba Masaaki、Hayami Shinya
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: - Issue: 24 Pages: 13603-13608
  • DOI: 10.1002/anie.202102774
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amphidinol 3 preferentially binds to cholesterol in disordered domains and disrupts membrane phase separation (2021)
  • Author(s): Hieda Manami、Sorada Akira、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 26 Pages: 100941-100941
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.100941
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biophysics at Kyushu University (2020)
  • Author(s): Akiyama Ryo、Annaka Masahiko、Kohda Daisuke、Kubota Hiroyuki、Maeda Yusuke、Matsumori Nobuaki、Mizuno Daisuke、Yoshida Norio
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: 12 Issue: 2 Pages: 245-247
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00643-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Assembly formation of minor dihydrosphingomyelin in sphingomyelin-rich ordered membrane domains (2020)
  • Author(s): Kinoshita Masanao、Kyo Takumi、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 11794-11794
  • DOI: 10.1038/s41598-020-68688-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low-flux scanning electron diffraction reveals substructures inside the ordered membrane domain (2020)
  • Author(s): Kinoshita Masanao、Yamaguchi Shimpei、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 22188-22188
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79083-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The influence of ceramide and its dihydro analog on the physico-chemical properties of sphingomyelin bilayers (2020)
  • Author(s): Kinoshita Masanao、Tanaka Kaoru、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: Chemistry and Physics of Lipids Volume: 226 Pages: 104835-104835
  • DOI: 10.1016/j.chemphyslip.2019.104835
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pseudo‐Membrane Jackets: Two‐Dimensional Coordination Polymers Achieving Visible Phase Separation in Cell Membrane (2020)
  • Author(s): Ohtani Ryo、Kawano Kenichi、Kinoshita Masanao、Yanaka Saeko、Watanabe Hikaru、Hirai Kenji、Futaki Shiroh、Matsumori Nobuaki、Uji‐i Hiroshi、Ohba Masaaki、Kato Koichi、Hayami Shinya
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 41 Pages: 17931-17937
  • DOI: 10.1002/anie.202006600
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical diversity and mode of action of natural products targeting lipids in the eukaryotic cell membrane (2020)
  • Author(s): Nishimura, S. & Matsumori, N.
  • Journal Title: Nat. Prod. Rep. Volume: 37 Issue: 5 Pages: 677-702
  • DOI: 10.1039/c9np00059c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Total Synthesis of Amphidinol 3: A General Strategy for Synthesizing Amphidinol Analogues and Structure-Activity Relationship Study (2020)
  • Author(s): Wakamiya Yuma、Ebine Makoto、Matsumori Nobuaki、Oishi Tohru
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 7 Pages: 3472-3478
  • DOI: 10.1021/jacs.9b11789
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Defining raft domains in the plasma membrane (2019)
  • Author(s): Akihiro Kusumi、Takahiro K. Fujiwara、Taka A. Tsunoyama、Rinshi S. Kasai、An‐An Liu、Koichiro M. Hirosawa、Masanao Kinoshita、Nobuaki Matsumori、Naoko Komura、Hiromune Ando、Kenichi G. N. Suzuki
  • Journal Title: Traffic Volume: 21 Issue: 1 Pages: 106-137
  • DOI: 10.1111/tra.12718
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Archaeal Glycolipid S-TGA-1 Is Crucial for Trimer Formation and Photocycle Activity of Bacteriorhodopsin (2019)
  • Author(s): Inada Masataka、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 15 Issue: 1 Pages: 197-204
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00756
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 脂質－膜タンパク質相互作用解析法の開発とその応用 (2021)
  • Author(s): 松森信明
  • Organizer: 「化学コミュニケーションのフロンティア」第8回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 脂質ラフトと麻酔作用 (2021)
  • Author(s): 松森信明
  • Organizer: 麻酔メカニズム研究会
  • Invited
• [Presentation] Interaction analysis between membrane proteins and lipids to understand biological membranes (2021)
  • Author(s): Matsumori Nobuaki
  • Organizer: The 59th Japanese Biophysical Society Meeting
  • Invited
• [Presentation] Interaction analysis between membrane proteins and lipids towards elucidation of lipid-related chemical communications (2021)
  • Author(s): Matsumori Nobuaki
  • Organizer: PACIFICHEM 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 局所麻酔の新たなメカニズム (2020)
  • Author(s): 松森信明
  • Organizer: ペインクリニック学会第５４回学術集会
  • Invited
• [Remarks] 九州大学大学院理学研究院化学部門生体分析化学研究室
  • URL: http://www.scc.kyushu-u.ac.jp/BioanalChem/
• [Remarks] 九州大学研究者情報 松森信明
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K005543/index.html
• [Remarks] 研究者プロファイリングツール 九州大学Pure
  • URL: https://kyushu-u.pure.elsevier.com/ja/persons/nobuaki-matsumori
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Nobuaki-Matsumori
• [Remarks] Google Scholar
  • URL: https://scholar.google.com/citations?user=AnjK8JQAAAAJ&hl=en&oi=ao
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://kyushu-u.pure.elsevier.com/ja/persons/nobuaki-matsumori