2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H04546
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
酒井 隆一 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (20265721)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東田 千尋 富山大学, 和漢医薬学総合研究所, 准教授 (10272931)
及川 雅人 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 教授 (70273571)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 海洋天然物 / 生理活性 / 毒素 / トロンボポエチン / ドラッグデリバリー / グアニジンアルカロイド / 神経修復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パラオ産のDidemnidae科ホヤに含まれる新規グアニジンアルカロイド、メルパラジンD-Fおよび、セロトドーパルジミンを見出し、構造決定するとともにメルパラジン類のマウスにおける構造―活性相関に関する知見を得た。また、パラオ産の腔腸動物より新規骨格を有するグアニジンアルカロイドKB343ほか新規物質３種を見出した。本化合物はマウスに脳室内投与で遅効性の毒性および培養細胞に対しμMレベルの毒性を示した。函館産のホヤCnemidocarpa ireneより新規アセチルコリンエステラーゼ阻害剤irenecarboline類を得た。パラオ産の海綿Siphonodictytonより神経修復物質DDCAを見出し、構造決定及び合成を行った。また同海綿に含まれていたアミノ酸SMETが協同作用を示すことが分かった。しかし、両者とも血液脳関門の通過が認められなかったので、構造の改変が必要である。
アーキュレイン類（ACU）の作用機構および構造活性相関を調べるため、AcuA-Cを分離し、それぞれの溶血作用を詳細に調べた。AcuCはSDS同様速やかに溶血を引き起こすのに対しACU-Aはゆっくり溶血を引き起こしたことからACU-Aが単に膜を破壊しているのではなく、一度膜損傷を与えておきながら途中で作用が止まる、という作用機構を持つことが示唆された。
海綿毒素SORは全遺伝子のクローニングに成功し、AB毒素モチーフを持つ海洋生物初のタンパク質であることを明らかにした。また、SORがマイトトキシンを凌ぐ細胞毒性を示すことを見出した。そこで、SORの蛍光誘導体を作成しHeLa細胞に作用させたところSORは核内に移行することが示唆された。
また、細胞表面の標的として造血サイトカイン受容体であるトロンボポエチン受容体を加え探索を行ったところ、受容体を活性化する新規タンパク質THC を海綿より見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究当初に見込んでいた成果として、①神経活性を持つ新規低分子化合物の発見、②神経修復物質の発見、③アーキュレインの構造活性相関、④タンパク質毒SORの全アミノ酸配列の決定と作用機構の推定を現時点で終了したほか、研究当初計画していなかったものの造血サイトカイン様の作用を持つタンパク質を海綿より発見、といった成果を得た。一方で、ACUを構成するペプチドであるAcuPepの大腸菌での発現は非常に困難で、HisTagのついたものの発現には成功したが、天然物と同等のペプチドは得られていない。このサイズのペプチドの発現にはブレークスルーが必要であると感じている。また、長鎖ポリアミンの付加したｐAcuBの合成も「構造の割には」非常に困難であることが分かった。今後も引き続きチャレンジしてゆきたい。また、マウスを用いたテールサスペンジョンテストは多数のマウスを用いないと安定した結果が得られないので、初期のスクリーニングには向いていないことが分かった。本研究で見出された低分子化合物の多くはこれまでに例を見ない新規骨格や活性を持っている。また水溶性にもかかわらず、強い細胞毒性を示すことから、何らかの機構で細胞内へ移行していると思われる。また、興味深いことに、ACU-Aが細胞膜を「中途半端に」損傷することを見出した。さらに、SORはそれ自体が核内に送達される可能性を示した。これらの結果は「細胞表面」に作用する水溶性生理活性物質が実は巧妙に細胞に入り込む機構を持っている査証であり、薬物デリバリーの観点からも大きな可能性を秘めた物質群であることが分かった。今回得られたTHCはトロンボポエチン様の作用を持ったこれまでにないタンパク質である。本研究で、SOR、THCに限らず、海洋生物はタンパク質を二次代謝物として利用している可能性が示され、生理活性タンパク質を見据えた海洋天然物化学の新展開が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果から多数の抽出物や分画物に興味深い活性を持つ水溶性低分子活性物質が含まれていることが確認できている、例えば、KB343を含む生物には「脳室内投与すると、マウスの内臓が破壊される」活性を見出している。また分子内にグアニジン基を３つも持つKB343や長鎖ポリアミンを持つペプチドACU類のように既知の生合成経路では説明できない構造を持つもの、単体ボヤC. ireneの血液は蛍光を持つがirenecarboline類がその蛍光成分であるなど生理・生態においても不思議なものばかりである。残りの研究期間で、これまでの方針に加えこれらの謎の解明に少しでも寄与する「モノトリ」を推進したい。またこれまでの研究で海綿のタンパク質の特異性を見出したので、今後は特に生理活性タンパク質に力を入れて推進してゆきたい。特にTHCによるトロンボポエチン受容体の活性メカニズムの解明は、サイトカイン受容体の活性化機構に新しい知見を加えることが、またSORの細胞内移行メカニズムの解明は新しいドラッグデリバリーシステムを作り出すヒントを与えるものと期待している。これらの進展にはタンパク質工学、結晶構造解析、細胞生物学等の分野との共同研究も必要なので、最終年度で本テーマの継続を申請する準備を行いたい。
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