生体環境に基づく人工揺らぎ反応場が酵素に与える影響

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107524
• 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: Seikei University
• Principal Investigator: 戸谷 希一郎 成蹊大学, 理工学部, 准教授 (80360593)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2010: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2009: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 揺らぎ / 酵素 / 糖鎖 / 分子クラウディング / 微小空間 / 細胞外マトリクス

Research Abstract

生体内は多様な生命分子が織りなす不均一な環境であり、酵素反応場は常に揺らぎの中に存在しているものと考えられる。また酵素自体の3次元構造も周辺環境の揺らぎに伴って動的に変化している可能性もある。本研究は酵素反応が生体内反応場に由来する揺らぎによって受ける影響を明らかにし、揺らぎを加味した酵素アッセイ法の確立を目的としている。そこで「分子濃度」「微小空間」「異常拡散」という3つの揺らぎ生む可能性のある要素を加味した反応場を構築し、その中で多様な酵素の活性・性状解析を行う。これにより生体内揺らぎの中で連続的に起こる酵素反応過程を分子レベルで理解することを目的としている。
本年度は、前述の3つの揺らぎヨウ素を加味した分子クラウディング反応場、リポソーム反応場、ヒアルロン酸反応場を構築し、それらの環境場における酵素反応解析を行った。対象酵素反応として生体内の糖鎖変換反応を選択し、糖鎖が複数の酵素によって連続的にプロセシングされる過程を解析したところ、分子クラウディング環境においては小胞体グルコシダーゼIIによるグルコース切断反応が加速すること、ならびにマンノシダーゼ群によるマンノース切断反応が減速することを見出した。一方、リポソーム反応場においてはマンノース切断反応が加速することが分かった。いずれの反応も速度論解析を行い、特殊反応場が酵素に与える影響を詳細に検討した。また、ヒアルロン酸反応場においては糖加水分解反応がヒアルロン酸の濃度によって加速・減速の双方向に調節されることが分かった。
以上の検討により、生体内では反応環境場に由来する揺らぎが生化学反応に有意の影響を与えていることが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Magnetic Beads-Assisted Mild Enrichment Procedure for Weak-Binding Lectins (2011)
  • Author(s): Kiichiro Totani, Haruka Miyazawa, Shino Kurata, Yukishige Ito
  • Journal Title: Analytical Biochemistry Volume: 411 Pages: 50-57
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The action of bromoconduritol on ER glucosidase II (2010)
  • Author(s): Yoichi Takeda, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Journal Title: Bioorganic Medicinal Chemistry Letters Volume: 20 Pages: 5357-5359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Promiscuous Activity of ER Glucosidase II Discovered Through Donor Specificity Analysis of UGGT (2010)
  • Author(s): Atsushi Miyagawa, Kiichiro Totani, Ichiro Mastuo, Yukishige Ito
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 403 Pages: 322-328
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemistry of Glycoprotein Quality Control (2010)
  • Author(s): Kiichiro Totani
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 22 Pages: 296-307
  • NAID: 10027893312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Recognition motif of the glycoprotein-folding sensor enzyme, UDP-Glc : glycoprotein glucosyltransferase (2009)
  • Author(s): Kiichiro Totani, Yoshito Ihara, Takashi Tsujimoto, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Journal Title: Biochemistry 482 Pages: 2933-2940
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic analysis of glucosidase II β-Subunit in trimming of high-mannose-type glycans (2009)
  • Author(s): Taisuke Watanabe, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Jun-ichi Maruyama, Katsuhiko Kitamoto, Yukishige Ito
  • Journal Title: Glycobiology 19 Pages: 834-840
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Establishment of a real-time analytical method for free oligosaccharide transport from the ER to the cytosol (2009)
  • Author(s): Yoshimi Haga, Kiichiro Totani, Yukishige Ito, Tadashi Suzuki
  • Journal Title: Glycobiology 19 Pages: 987-994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical approaches toward understanding glycan-mediated protein quality control (2009)
  • Author(s): Yoichi Takeda, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Journal Title: Current Opinion in Chemical Biology 13 Pages: 582-591
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sugar-binding activity of the MRH domain in the ER α-glucosidase II β subunitis important for efficient glucose trimming (2009)
  • Author(s): Hu Dan, Yukiko Kamiya, Kiichiro Totani, Daiki Kamiya, Norihito Kawasaki, Daisuke Yamaguchi, Ichiro Matsuo, Naoki Matsumoto, Yukishige Ito, Koichi Kato, Kazuo Yamamoto
  • Journal Title: Glycobiology 19 Pages: 1127-1135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The action of bromoconduritol on ER glucosidase II
  • Author(s): Yoichi Takeda, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Journal Title: Bioorganic Medicinal Chemistry Letters (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 糖タンパク質糖鎖機能解析に向けた合成化学的アプローチ (2010)
  • Author(s): 戸谷希一郎
  • Organizer: 有機合成化学協会関東支部ミニシンポジウム
  • Place of Presentation: (独)理化学研究所(埼玉)
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] Enzymatic Property under Intra- and Extracellular Specific Environments (2010)
  • Author(s): 戸谷希一郎
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス(宮城)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] 小胞体型高マンノース糖鎖合成における選択的脱保護可能な共通単糖ユニットの活用 (2010)
  • Author(s): 篠田佑樹, 岩本将吾, 三郎丸みゆき, 松崎祐二, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第59回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス(東京)
  • Year and Date: 2010-05-22
• [Presentation] 合成蛍光糖鎖を用いた小胞体糖鎖プロファイルの再構成と疾患評価への応用 (2010)
  • Author(s): 岩本将吾, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第5回日本ケミカルバイオロジー学会年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川)
• [Presentation] Correlation between type II diabetes and N-linked glycan profiles (2010)
  • Author(s): Shogo Iwamoto, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Chiba (Japan)
• [Presentation] ER glycan processing under pseudo-intracellular environments (2010)
  • Author(s): Hikaru Matsushima, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Chiba (Japan)
• [Presentation] Magnetic beads-assisted mild enrichment procedure for weak binding lectins (2010)
  • Author(s): Kiichiro Totani, Haruka Miyazawa, Yukishige Ito
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Chiba (Japan)
• [Presentation] Synthetic probes for the analysis of UGGT activity-rate enhancing effect of cyclodextrins (2010)
  • Author(s): Atsushi Miyagawa, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Chiba (Japan)
• [Presentation] Studies on ER-derived free oligosaccharides : Real-time analysis of their transport from the ER to the cytosol (2010)
  • Author(s): Yoshimi Haga, Kiichiro Totani, Yukishige Ito, Tadashi Suzuki
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Chiba (Japan)
• [Presentation] Substrate specificity analysis of malectin using synthetic high-mannose-type glycans (2010)
  • Author(s): Yoichi Takeda, Kiichiro Totani, Ichiro Matsuo, Yukishige Ito
  • Organizer: 25^<th> International Carbohysrate Symposium
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Convention Complex, Cbiba (Japan)
• [Presentation] Property of glycan-processing enzyme under extracellular matrix conditions (2010)
  • Author(s): Mayumi Nakamura, Kiminori Ushida, Kiichiro Totani
  • Organizer: 4^<th> International Symposium "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions"
  • Place of Presentation: Piazza Omi, Shiga (Japan)
• [Presentation] Evaluation of aging-related diseases by N-linked glycans under molecular crowding conditions (2010)
  • Author(s): Miho Tada, Hikaru Matsushima, Kiichiro Totani
  • Organizer: 4^<th> International Symposium "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions"
  • Place of Presentation: Piazza Omi, Shiga (Japan)
• [Presentation] ER glycan processing under pseudo-intracellular environments (2010)
  • Author(s): Hikaru Matsushima, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFTCHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] Magnetic beads-assisted mild enrichment procedure for weak-binding lectins (2010)
  • Author(s): Haruka Miyazawa, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFTCHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] Property of glycan-processing enzymes under extracellular matrix conditions (2010)
  • Author(s): Mayumi Nakamura, Kiichiro Totani
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] Practical application of a selectively deprotectable common monosaccharide unit in N-glycan synthesis (2010)
  • Author(s): Yuki Shinoda, Shogo Iwamoto, Miyuki Saboroumaru, Yuji Matsuzaki, Kiichiro Totani
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] N-glycan profiles are new viewpoint of type II diabetes or not (2010)
  • Author(s): Shogo Iwamoto, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] Thermodynamic studies on the interaction between high-mannose-type glycan and malectin (2010)
  • Author(s): Yoichi Takeda, Ichiro Matsuo, Kiichiro Totani, Yukichige Ito
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] Top-down and bottom-up approaches to understanding glycan processing in the ER (2010)
  • Author(s): Kiichiro Totani, Shogo Iwamoto, Hikaru Matsushima, Miho Isoyama, Yukishige Ito
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: Hawaiian Convention Center, Honolulu, Hawaii (USA)
• [Presentation] オリゴ糖合成における選択的脱保護可能な単糖ユニットの活用 (2010)
  • Author(s): 篠田佑樹, 岩本将吾, 三郎丸みゆき, 松崎祐二, 戸谷希一郎
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学本部キャンパス(大阪)
• [Presentation] 糖鎖磁気ビーズを用いたマイルドレクチンエンリッチ法の開発 (2010)
  • Author(s): 宮澤栄夏, 佐藤真貴子, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学本部キャンパス(大阪)
• [Presentation] 合成糖鎖を用いる新規小胞体タンパク質マレクチンの特異性解析 (2010)
  • Author(s): 武田陽一, 戸谷希一郎, 松尾一郎, 伊藤圭成
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学本部キャンパス(大阪)
• [Presentation] 小胞体糖鎖プロセシングの理解と応用に向けた化学的研究 (2009)
  • Author(s): 戸谷希一郎
  • Organizer: 第7回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • Place of Presentation: 千里ランフサイエンスセンター(大阪)
  • Year and Date: 2009-12-07
• [Presentation] 生命に学ぶ反応の効率化と生命分子の大量供給 (2009)
  • Author(s): 戸谷希一郎
  • Organizer: 第一回成蹊大学戦略的研究基盤形成支援事業シンポジウム
  • Place of Presentation: 成蹊大学(東京)
  • Year and Date: 2009-05-09
• [Presentation] 合成と蛍光糖鎖プローブを用いた小胞体糖鎖プロセシング解析 (2009)
  • Author(s): 戸谷希一郎・岩本将吾・多田美穂・伊藤幸成
  • Organizer: 第一回光塾
  • Place of Presentation: (独)情報通信研究機構神戸研究所(神戸)
• [Presentation] マレクチンの基質特異性解析とグルコシダーゼIIの活性の与える影響 (2009)
  • Author(s): 武田陽一, 松尾一郎, 戸谷希一郎, 伊藤幸成
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 疎水性基を持つ糖タンパク質様プローブによるグルコース転移酵素反応の解析 (2009)
  • Author(s): 宮川淳, 戸谷希一郎, 松尾一郎, 伊藤幸成
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 糖鎖磁気ビーズを用いたマイルドレクチンエンリッチ法の開発 (2009)
  • Author(s): 佐藤真貴子, 藏田紫乃, 宮澤栄夏, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] II型糖尿病におけるER糖タンパク質品質管理の活性変化 (2009)
  • Author(s): 岩本将吾, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 分子クラウディング環境下における小胞体糖鎖プロセシング (2009)
  • Author(s): 松島光, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] N結合型糖鎖プロファイルによるアルツハイマー病の理解 (2009)
  • Author(s): 多田美穂, 伊藤幸成, 戸谷希一郎
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 麹菌の糖タンパク質品質管理に関連する遺伝子破壊株を用いた糖鎖構造解析 (2009)
  • Author(s): 渡邉泰祐, 松尾一郎, 戸谷希一郎, 丸山潤一, 北本勝ひこ, 伊藤幸成
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 蛍光標識糖鎖を用いた小胞体における遊離糖鎖逆行輸送メカニズムの解析 (2009)
  • Author(s): 芳賀淑美, 戸谷希一郎, 伊藤幸成, 鈴木匡
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] 小胞体糖鎖プロセシングに関する化学的な研究 (2009)
  • Author(s): 戸谷希一郎
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨・世界生活文化センター(岐阜)
• [Presentation] ER Glycan Processing under Molecular Crowding Conditions (2009)
  • Author(s): Hikaru Matsushima, Yukishige Ito, Kiichiro Totani
  • Organizer: 3^<rd> International Symposium "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions"
  • Place of Presentation: Nagoya University, Nagoya (Japan)