生体機能光制御分子の創製とケミカルバイオロジーへの応用

• Project Area: Chemical Biology using bioactive natural products as specific ligands: identification of molecular targets and regulation of bioactivity
• Project/Area Number: 24102528
• 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: Keio University
• Principal Investigator: 戸嶋 一敦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60217502)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 生体機能分子 / タンパク / ハルミン / 光分解 / 光感受性分子 / 天然物 / 有機合成 / 分子デザイン / DNA / セロトニン / PQQ

Research Abstract

「生体機能光制御分子の創製とケミカルバイオロジーへの応用」と題した本研究課題の２年目として、タンパクを光分解する新たな小分子化合物の探索を行った。すなわち、本研究では、新たな光感受性分子の候補として、β-カルボリン骨格を有する生理活性天然物ハルミンに着目し、長波長紫外光の照射下におけるタンパク光分解活性及び構造活性相関研究を行った。ハルミンの長波長紫外光照射下における光分解活性を、ウシ血清アルブミン(BSA)を用いて、SDS-PAGEで評価した。その結果、ハルミンが光照射下、BSAを光分解することを初めて見出した。さらに、ハルミンに対して親和性を有するタンパクである二重特異性チロシンリン酸化調節キナーゼ1A(DYRK1A)及びモノアミン酸化酵素A(MAO-A)に対する光分解活性を評価した結果、ハルミンがいずれのタンパクも効果的に光分解することを見出した。次に、ハルミンのタンパク光分解活性に関する構造活性相関を調べるため、ハルミンの6位、7位及び9位の置換基を種々変換した誘導体をデザイン、合成し、DYRK1Aに対する光分解活性を評価した。その結果、ハルミンが有するβ-カルボリン骨格の1位のメチル基はタンパクに対する光分解活性を向上させ、9位のメチル基は活性に影響を与えないことを見出した。さらに、6位の電子求引基及び7位の電子供与基は、タンパク光分解活性を向上させることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Total synthesis of vineomycin B2 (2013)
  • Author(s): S. Kusumi, S. Tomono, S. Okuzawa, E. Kaneko, T. Ueda, K. Sasaki, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 135 Issue: 42 Pages: 15909-15912
  • DOI: 10.1021/ja407827n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chiral Bronsted acid-mediated glycosylation with recognition of alcohol chirality (2013)
  • Author(s): T. Kimura, M. Sekine, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 52 Issue: 46 Pages: 12131-12134
  • DOI: 10.1002/anie.201304830
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design, synthesis and evaluation of a boronic acid based artificial receptor for L-DOPA in aqueous media (2013)
  • Author(s): H. Ueno, T. Iwata, N. Koshiba, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 88 Pages: 10403-10405
  • DOI: 10.1039/c3cc45275a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-induced O-glycosylation of unprotected deoxythioglycosyl donors (2013)
  • Author(s): M. Nakanishi, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 11 Issue: 31 Pages: 5079-5082
  • DOI: 10.1039/c3ob41143e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Target-selective photodegradation of verotoxin-1 and reduction of its cytotoxicity to Vero cells using porphyrin-globotriose hybrids (2013)
  • Author(s): A. Okochi, S. Tanimoto, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 54 Pages: 6027-6029
  • DOI: 10.1039/c3cc42957a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved total synthesis of incednam (2013)
  • Author(s): A. Takada, K. Uda, T. Ohtani, S. Tsukamoto, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: The Journal of Antibiotics Volume: 66 Issue: 3 Pages: 155-159
  • DOI: 10.1038/ja.2013.4
  • NAID: 10031163115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photodegradation and inhibition of drug-resistant influenza virus neuraminidase using anthraquinone-sialic acid hybrids (2013)
  • Author(s): 青木優介、谷本周穂、高橋大介、戸嶋一敦
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 12 Pages: 1169-1171
  • DOI: 10.1039/c2cc38742e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical biology based on target-selective degradation of proteins and carbohydarates using light-activable organic molecules (2013)
  • Author(s): K. Toshima
  • Journal Title: Molecular BioSystems Volume: 9 Issue: 5 Pages: 834-854
  • DOI: 10.1039/c2mb25416f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbohydrate recognition and photodegradation by an anthracene-Kemp's acid hybrid (2012)
  • Author(s): M. Nishibu, D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 10 Issue: 42 Pages: 8393-8395
  • DOI: 10.1039/c2ob26417j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photodegradation of lipopolysaccharides and the inhibition of macrophage activation by anthraquinone-boronic acid hybrids (2012)
  • Author(s): D. Takahashi, T. Miura, K. Toshima
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 48 Issue: 61 Pages: 7595-7597
  • DOI: 10.1039/c2cc33559j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Target-selective photodegradation of HIV-1 protease and inhibition of HIV-1 replication in living cells by designed fullerene-sugar hybrids (2012)
  • Author(s): 谷本周穂
  • Journal Title: Chemistry-An Asian Journal Volume: (掲載確定) Issue: 5 Pages: 911-914
  • DOI: 10.1002/asia.201101043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemistry Based Approach for Degradation of Target-Oligosaccharides Using Photo-Activatable Organic Small Molecules (2012)
  • Author(s): D. Takahashi, K. Toshima
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 24 Issue: 140 Pages: 258-276
  • DOI: 10.4052/tigg.24.258
  • NAID: 10031146678
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creation of novel biofunctional molecules for target-selective photodegradation of proteins and carbohydrates: a synthetic and chemical, biological study for the post-genome era (2012)
  • Author(s): K. Toshima, D.Takahashi, S. Tanimoto
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry Volume: 70 Pages: 1187-1195
  • NAID: 10031131198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design, synthesis and evaluation of light-activatable organic molecules that target-selectively degrade DNA, proteins and carbohydrates; an interdisciplinary challenge for a synthetic organic chemist (2012)
  • Author(s): K. Toshima
  • Journal Title: Synlett Volume: 23 Issue: 14 Pages: 2025-2052
  • DOI: 10.1055/s-0032-1316639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] エイズの原因物質を光で狙い撃ち (2012)
  • Author(s): 谷本周穂、高橋大介、戸嶋一敦
  • Journal Title: 光アライアンス Volume: 23 Pages: 50-53
• [Journal Article] Chemical methods for degradation of target proteins using designed light-activatable organic molecules (2012)
  • Author(s): 谷本周穂、高橋大介、戸崎一敦
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 48 Issue: 62 Pages: 7569-7671
  • DOI: 10.1039/c2cc30831b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical methods for degradation of target oligosaccharides using designed light-activatable organic molecules (2012)
  • Author(s): 高橋大介
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 48 Issue: 37 Pages: 4397-4407
  • DOI: 10.1039/c2cc17384k
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Recent topics on synthetic and chemical biological studies of biofunctional molecules (2014)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: The 2nd Mini-Symposium on Cutting-Edge Chemistry between Keio University and National Tsing Hua University
  • Place of Presentation: 国立精華大学（台湾）
• [Presentation] インドールアルカロイド系天然物セロトニンおよびハルミンによるタンパクの光分解 (2014)
  • Author(s): 村田誠治、増田奏衣、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 神経伝達物質L-DOPAを選択的に認識するボロン酸含有人工低分子レセプターの創製 (2014)
  • Author(s): 上野晴菜、岩田崇志、小柴望実、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] アントラセン-シクロデキストリンハイブリッドによる単糖の選択的光分解 (2014)
  • Author(s): 宮崎友紀恵、西部美幸希、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] ポルフィリン誘導体によるアミロイドβの光分解と神経様細胞PC12に対する効果 (2013)
  • Author(s): 平林歩、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] ポルフィリン－グロボトリオース(Gb3)ハイブリッドによる大腸菌O‐157ベロ毒素の選択的光分解 (2013)
  • Author(s): 大河内敦、谷本周穂、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] Chemical glycosylation with recognition of alcohol chirality (2013)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: International Symposium on Organic Reaction - 11
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
  • Invited
• [Presentation] Target-selective photo-degradation of verotoxin-1 and reduction of its cytotoxicity to Vero cells using porphyrin-globotriose hybrids (2013)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products : Target ID and Regulation of Bioactivity
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] Chemical glycosylation with recognition of alcohol chirality and its application to natural product synthesis (2013)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: The 9th Yonsei CBMH - Keio LCC Joint Symposium
  • Place of Presentation: 延世大学（韓国）
• [Presentation] Photodegradation and inhibition of drug-resistant influenza virus neuraminidase using anthraquinone-sialic acid hybrids (2013)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: The 15th Asian Chemical Congress
  • Place of Presentation: セントーサ島（シンガポール）
  • Invited
• [Presentation] グリコシル化反応の新たな可能性と配糖型天然物の全合成 (2013)
  • Author(s): 戸嶋一敦
  • Organizer: 第32回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター
  • Invited
• [Presentation] 神経伝達物質L-DOPAを選択的に認識する人工低分子レセプターの創製 (2013)
  • Author(s): 上野晴菜、岩田崇志、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第8回年会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学
• [Presentation] ピロロキノリンキノンによるDNA光分解及びA431細胞に対する効果 (2013)
  • Author(s): 蓮見貴大、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第8回年会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学
• [Presentation] アントラキノン－シアル酸ハイブリッドによる薬剤耐性型インフルエンザ・ノイラミニダーゼの光分解と酵素活性阻害 (2013)
  • Author(s): 戸嶋一敦
  • Organizer: 新学術領域研究(研究領域提案型)天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
• [Presentation] Photodegradation of drug-resistant influenza virus neuraminidase using designed anthraquinone-sialic acid hybrids (2012)
  • Author(s): K. Toshima, Y. Aoki, D. Takahashi
  • Organizer: The 12th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
  • Place of Presentation: リーガロイヤルホテル京都
  • Year and Date: 2012-11-12
• [Presentation] Light-activable and molecular-targeted (LAMTA) molecules for control of biomacromolecule functions (2012)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: The 1st International Symposium on Chemical Biology of Natural Products : Target ID and Regulation of Bioactivity
  • Place of Presentation: 京都センチュリーホテル
  • Year and Date: 2012-10-31
• [Presentation] Target-selective photodegradation of glycolipid LPS and inhibition of macrophage activation by designed anthraquinone-boronic acid hybrids (2012)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: 8th Keio LCC - Yonsei CBMH Joint Symposium 2012
  • Place of Presentation: 札幌全日空ホテル
  • Year and Date: 2012-10-26
  • Invited
• [Presentation] Photodegradation of glycolipid LPS and inhibition of macrophage activation using designed anthraquinone-boronic acid hybrids (2012)
  • Author(s): K. Toshima
  • Organizer: 17th Malaysian Chemical Congress 2012
  • Place of Presentation: クアラルンプール(マレーシア)
  • Year and Date: 2012-10-15
  • Invited
• [Presentation] Photodegradation of target glycolipid LPS and inhibition of macrophage activation by anthraquinone-boronic acid hybrids (2012)
  • Author(s): D. Takahashi, T. Miura, K. Toshima
  • Organizer: 26 International Carbohydrate Symposium
  • Place of Presentation: マドリード(スペイン)
  • Year and Date: 2012-07-22
• [Presentation] Target-selective photo-degradation of HIV-1 protease and inhibition of HIV-1 replication in living cells by a fullerene-sugar hybrid (2012)
  • Author(s): S. Tanimoto, D. Takahashi, K. Toshima
  • Organizer: 26 International Carbohydrate Symposium
  • Place of Presentation: マドリード(スペイン)
  • Year and Date: 2012-07-22
• [Presentation] 生体機能光制御分子の創製とケミカルバイオロジーへの展開 (2012)
  • Author(s): 戸嶋一敦
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究(研究領域提案型) 天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2012-06-17
• [Presentation] ポルフィリン誘導体によるアミロイドβの光分解 (2012)
  • Author(s): 平林歩、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第7回年会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2012-06-07
• [Presentation] アントラセン－ケンプ酸ハイブリッドによる単糖の認識と光分解 (2012)
  • Author(s): 西部美幸希、高橋大介、戸嶋一敦
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第7回年会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2012-06-07
• [Remarks] 戸嶋研究室（分子生命化学研究室）
  • URL: http://www.applc.keio.ac.jp/̃toshima/
• [Remarks] 戸嶋研究室（分子生命化学研究室）
  • URL: http://www.applc.keio.ac.jp/~toshima/