2018 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 |
a) αへリックス構造と梯子状ポリエーテルの相互作用：アミロイド様ペプチドであるIAPPが脂質膜中でαヘリックス構造を取ることが知られている。梯子状ポリエーテル構造を有する天然リガンドであるイエッソトキシンと一部のモデル化合物がIAPPに対して特異的な親和性を示唆する結果を得た。また、アセチルコリン受容体に特異的に結合するスピロリドの合成研究および構造活性相関研究を進捗することができた。
b) 電位依存性イオンチャネルに特異的に作用する生物活性リガンドの創製：海産天然物クランベシンBのカルボン酸部分の単純化合成アナログを使ってNavの阻害活性機構の研究を行った。また、フグ毒テトロドトキシンの推定生合成前駆体群を合成、Navの阻害活性を評価することであたらたなNavの機能阻害物質を探索した。
c) 新しい作用様式でイオンチャネルに作動する天然物リガンドの探索と機構解明：電位依存性Na+チャネル（Nav）に作用する化合物を簡便に探索する方法を確立したので、その方法を用いて実際に海洋生物より探索し、すでに陽性化合物として2種のセンブレンを同定した。１種は電気生理実験でNav阻害活性を確認できた。さらに天然素材や合成品などから広く本方法で陽性を示す化合物を探索した結果、別の陽性化合物が見つかった。
d) ATPアーゼの膜貫通部位に働く天然物リガンドの創製：本年度は、ATPアーゼの阻害剤としてバフィロマイシンを主に取り上げ、これら強い阻害活性を有する天然物について、また、NMR測定用のフッ化アナログについて、生体膜への濃縮過程とATPアーゼへの結合過程を分離して阻害活性に対する寄与を評価した。
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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
研究実績の概要欄に示したように、本計画研究班の研究が顕著に進捗したことが伺える。本年度軌道に乗った方針を推進することによって、領域研究として重要な成果を挙げることが可能になった。したがって、順調に進展していると考えている。
具体的には、イオンチャネルに特異的に作用する天然物リガンドであるクランべシン、ペラミン、スピロリドについて合成化学的な方法論を開発することができ、阻害活性についても定量的な評価が可能となった。特に、クランべシンの構造簡略化アナログはナノモルオーダーの強い阻害活性を示したことは特筆に値する。新たに確立した電気生理学的評価法によって天然物リガンドの探索研究を進め、有望は候補化合物を見いただすことに成功した。また、ATPアーゼに関する研究においては、膜貫通αヘリックスに結合する阻害剤・バフィロマイシンを重点的に取り上げた。具体的には、ATPアーゼ阻害剤であるバフィロマイシンが示す強力な活性は脂質膜に対する高い親和性による寄与が役30%を占めることを低活性誘導体との比較により示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
a) イオンチャネル(IC)膜貫通αへリックスとポリエーテルの相互作用： 新たな天然物リガンドとして、ポリエーテル性海洋天然物・スピロリド(SPX)に着目し、その阻害作用標的であるニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)との相互作用解析を行う。生物活性最小構造であるSPXの7,6-スピロイミン部分の効率的合成法を確立する。さらにAChRへの結合試験や阻害試験を実施することで、より強力かつサブタイプ選択的な化合物の創生を目指す。
b) 電位依存性ICに特異的に作用する生物活性リガンドの創製 ：海産天然物クランベシンBのカルボン酸部分の単純化合成アナログを使ってNaチャネル(Nav)の阻害活性機構の解明研究を行う。また、フグ毒テトロドトキシンの推定生合成前駆体群を合成、Navの阻害活性を評価することで新たなNavの機能阻害物質を探索する。最近、海産天然物アプリシアトキシン（ATX）の新たな類縁体とそれらが電位依存性カリウムチャネル（Kv）の阻害活性を示すことが報告されたので、ATX類の合成とKvの阻害活性評価を行ってその機構解明を目指す。
c) 新しい作用様式でICに作動する天然物リガンドの探索と機構解明：センブレンがNav阻害活性を示したので、入手可能な類似化合物で活性を比較する。また、本方法で化合物ライブラリーを探索して得た陽性化合物の構造決定を試み、作用機序について調べる。また、本領域内の共同研究先よりマイトトキシン感受性株・非感受性株についての配列解析が完了次第、欠損遺伝子に対するマイトトキシンが及ぼす影響をより直接、確かめる。
d)上述以外の天然物リガンド：梯子状ポリエーテル化合物およびバフィロマイシン等についても、追加実験および研究成果のまとめを行う。
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[Journal Article] Theonellamide A, a marine-sponge-derived bicyclic peptide, binds to cholesterol in aqueous DMSO: Solution NMR-based analysis of peptide-sterol interactions using hydroxylated sterol.2019
Author(s)
Kimberly Cornelio, Rafael Atillo Espiritu, Shinya Hanashima, Yasuto Todokoro, Raymond Malabed, Masanao Kinoshita, Nobuaki Matsumori, Michio Murata, Shinichi Nishimura, Hideaki Kakeya, Minoru Yoshida, Shigeki Matsunaga.
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Journal Title
Biochim. Biophys. Acta - Biomembranes
Volume: 1861
Pages: 228-235
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A novel compound, “FA-1” isolated from Prunus mume, protects human bronchial epithelial cells and keratinocytes from cigarette Smoke extract-induced damage.2018
Author(s)
Andrew J. Jang, Ji-Hyeok Lee, Mari Yotsu-Yamashita, Joodong Park, Steve Kye, Raymond L. Benza, Michael J. Passineau, You-Jin Jeon, Toru Nyunoya.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 8
Pages: 11504
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Sensitivity of the voltage-gated sodium channel subtypes, Nav1.1 to Nav1.7, against guanidine-containing natural products and their analogues.2019
Author(s)
Tadaaki Tsukamoto, Yukie Chiba, Shunsuke Tsunogae, Tomoshi Yamada, Yuko Cho, Ryo Sakakibara, Takuya Imazu, Shouta Tokoro, Yoshiki Satake, Yuki Ishikawa, Yoshiki Nakane, Masaatsu Adachi, Atsuo Nakazaki, Toshio Nishikawa, Minoru Wakamori, Mari Yotsu-Yamashita, Keiichi Konoki.
Organizer
新学術領域研究(研究領域提案型)「化学コミュニケーションのフロンティア」第1回国際シンポジウム（ISCC2019）（第4回公開シンポジウム）
Invited
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[Presentation] テトロドトキシン類縁体に対する電位依存性ナトリウムチャネルの感受性評価2018
Author(s)
塚本匡顕, 千葉雪絵, 若森実, 日高將文, 山田智士, 角替俊輔, 長由扶子, 榊原良, 今津拓也, 所聖太, 佐竹佳樹, 安立昌篤, 西川俊夫, 山下まり, 此木敬一
Organizer
第60回天然有機化合物討論会
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[Presentation] Identification of seven possible biosynthetic intermediates of tetrodotoxin in marine environments isolated from pufferfish.2018
Author(s)
Mari Yotsu-Yamashita*, Nozomi Ueyama, Keita Sugimoto, Yuji Yaegashi, Yuta Kudo, Ken-ichi Onodera, Yuko Cho, Keiichi Konoki, Toshio Nishikawa.
Organizer
18th International conference on Harmful Algae, Nantes, France
Int'l Joint Research
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