2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic conformation and domain structure of lipid molecules in model biomembranes
| Project Area | Frontier research of chemical communications |
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| Project/Area Number |
17H06406
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村田 道雄 大阪大学, 理学研究科, 教授 (40183652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土川 博史 大阪大学, 理学研究科, 助教 (30460992)
此木 敬一 東北大学, 農学研究科, 准教授 (40292825)
山下 まり 東北大学, 農学研究科, 教授 (50192430)
西川 俊夫 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90208158)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 天然物リガンド / 化学コミュニケーション / イオンチャネル / 膜貫通ドメイン / ATPアーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然物は強力な生物活性と高い特異性を有しているものが多く、歴史的には、Na+チャネルがテトロドトキシンの結合分子として精製されたように、タンパク質研究に重用されてきた。本計画研究では、膜タンパク質に特異的に結合する生物活性リガンドを創製し、物理化学・構造生物学的手法によって生体膜でのシグナル伝達の分子機構を原子分解能で解明することを目的とし、初年度である平成29年度は以下に示す成果を挙げることができた。
ナトリウムチャネルに作用するテトロドトキシンとサキシトキシン、クランべシンなどの誘導体の化学合成と生物活性について精査した。また、イオンチャネルに作用する天然物の探索研究を本格的に開始し、複数の候補化合物を得ることができた。さらに、膜脂質の生物活性発現における役割や膜タンパク質との相互作用を解明するために、天然リガンドを用いた研究を実施した。その結果、脂質二重膜に直接作用して生物活性を発揮するサポニン・OSW-1や環状ペプチド・セオネラミドについてステロールとの相互作用の詳細を解明することができた。この過程で固体NMRや親和性測定について研究手法を確立した。また、膜タンパク質に作用する梯子状ポリエーテル、バフィロマイシンやスピロライドなどの天然物リガンドについても合成化学的な構造修飾を介して、作用機構の解明を進めた。
これら成果をもとに研究を展開することによって、リガンドの生物活性とタンパク質の機能を正確に関連づけることが可能になる。さらに、理工学的アプローチによって新たな生物活性リガンドを創製することができれば、生物学・基礎医学分野への貢献が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は、目的を達成するための研究基盤の確立を行った。
まず、強力な生物毒として注目されている膜貫通αヘリックスと相互作用する天然物リガンドとしては、梯子状ポリエーテル化合物に注目した。生体膜類似の環境下でαヘリックス構造を取るペプチドを用いた相互作用評価方法の確立を行った。また、イオンチャネルに特異的に作用するリガンドとして、クランべシンとサキシトキシンアナログの合成研究を進めた。新規様式でイオンチャネルに作用する天然物リガンドの探索研究においては、電気生理的手法を用いて簡便に検出する方法を確立することができた。
本新学術領域研究における３つの計画班の共同研究として、生体膜との相互作用を介して、真菌に対して増殖阻害活性を示す環状ペプチドであるセオナミド類に関して、膜脂質との相互作用を詳細に調べた。その結果、セオナミドは膜中でコレステロールと特異的に結合することが判明し、その結合によって脂質二重膜に対する親和性や膜透過化作用の分子機構を推定することに成功した。
このように、代表者と分担者が連携し、多様なアプローチによって生体膜作動性の天然リガンドを精査した。その結果、今後の本領域研究を進捗する上で必要な基盤的技術を確立することができたので、初年度としては顕著な進展があったと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進としては、イオンチャネル、ATPアーゼやポストシナプス受容体などの膜タンパク質との相互作用に重点を移し、天然リガンドと相互作用をさらに詳しく調べる予定である。具体的には、以下に示す研究を重点的に推進する予定である。
膜タンパク質として取り上げた、ATPアーゼとイオンチャネル・アセチルコリン受容体についても、合成化学的手法によって天然リガンドの強い生物活性の機構を解き明かす研究を本格化させる。海洋天然物クランべシンやテトロドトキシン生合成前駆体などもイオンチャネル作動性分子としての評価を詳細に行う。また、本年度確立した電気生理的手法を用いて、イオンチャネルに作用する新たな天然物リガンドの探索を本格化する。膜タンパク質などのαヘリックスと相互作用する梯子状ポリエーテル化合物については、天然物であるイェッソトキシンとその脱硫酸エステル体に焦点を当てて解析を進める。本年度は脂質二重膜中でαヘリックスを形成するアミロイドペプチドなどを用いて、αヘリックス構造との相互作用が評価できる系を確立したので、この手法を用いた構造活性相関研究に取りかかる予定である。
このように、本研究班の課題には、イオンチャネルを中心とした膜タンパク質の生物活性の評価が重要な役割を担っているので、研究分担者間の共同研究を推進することによって効率的に領域研究を推進する。
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[Journal Article] Differential binding of tetrodotoxin and its derivatives to voltage-sensitive sodium channel subtypes (Nav1.1 to Nav1.7).2017
Author(s)
Tadaaki Tsukamoto, Yukie Chiba, Minoru Wakamori, Tomoshi Yamada1, Shunsuke Tsunogae, Yuko Cho, Ryo Sakakibara, Takuya Imazu, Shouta Tokoro, Yoshiki Satake, Masaatsu Adachi, Toshio Nishikawa, Mari Yotsu-Yamashita, Keiichi Konoki.
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Journal Title
British Journal of Pharmacology
Volume: 74
Pages: 3881-3892
DOI
Peer Reviewed
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