in vivo安定同位体標識代謝物を用いた定量メタボロミクス技術の開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06557
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 和泉 自泰 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (70622166)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 定量メタボロミクス / 疾患メタボローム解析

Outline of Annual Research Achievements

現状のメタボローム解析技術により取得できる定量情報は，「相対定量」に制限されているため，細胞内の精確な代謝物濃度の決定には至っていない．また，相対定量情報では，他施設での異なる分析装置や異なる分析手法で取得したデータと直接比較検証できないため，生理学的・生化学的考察を深めることが困難である．そこで，当該研究では，原核細胞から真核細胞に至る幅広い生物種に適用可能な包括的な安定同位体標識代謝物の調製法の開発を軸に，試料調製，高感度定量メタボローム分析，定量データ解析手法を含む「in vivo安定同位体標識代謝物を用いた定量メタボロミクス技術の開発」に取り組む．平成27年度は，イオンクロマトグラフィー高分解能質量分析 (IC/Q Exactive MS) による陰イオン性代謝物の網羅的測定法について検討した．有機酸，糖リン酸，ヌクレオチド，補酵素など約200種の代謝物について，Q Exactiveにおけるイオン化条件を最適化するとともに，精密質量MS及びMS/MSスペクトルライブラリーを作成した．続いて，IC分離条件の最適化を行ったところ，クエン酸やイソクエン酸，あるいはヘキソース一リン酸の各種異性体のクロマト分離を達成できることが分かった．また，ATPやNAD(P)+, NAD(P)Hなどは生体内のエネルギー獲得や酸化還元バランスを考察する上で重要な物質であるが，従来分析手法では再現性と検出感度の点で課題が残されていた．一方，IC/Q Exactive分析法においては，これらの代謝物についてもシャープなピーク形状を保ち，高感度の測定が可能であることを見出した．開発した分析手法を用いて微生物や動物培養細胞，体液などの生体試料の分析を行ったところ，生体試料においても保持時間及びピークエリアの再現性は極めて高く，また精密質量をベースとした高精度の化合物同定，高感度測定が達成できることを示した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成27年度は，課題Ⅰである「親水性代謝物の高感度分析手法の開発」を達成するためにイオンクロマトグラフィー高分解能質量分析 (IC/MS) による陰イオン性代謝物の網羅的測定法の開発を実施した．開発したIC/MS分析手法は，網羅性，高感度，及び高い分析再現性を併せ持った実用的な新規のメタボローム解析手法であり，本研究を遂行する上で、きわめて重要な基盤分析技術になると考えられる．さらに，課題Ⅱの「微生物における定量メタボローム分析手法の開発」にも着手しており，芽酵母（S. cerevisiae BY4742）を用いた包括的な標識代謝物の調製手法を検討中である．以上のことから，実験計画の進歩状況としては，「おおむね順調に進展している」と判断している．

Strategy for Future Research Activity

平成28年度は，平成27年度に開発したイオンクロマトグラフィー高分解能質量分析による陰イオン性代謝物の網羅的測定法を用いて，課題Ⅱの「微生物における定量メタボローム分析手法の開発」を実施する．さらに，課題Ⅲの「動物試料における定量メタボローム解析分析手法の開発」についても同時並行で研究を進める．また，アミノ酸やポリアミン，核酸塩基，ヌクレオシド，などの陽イオン性を測定対象としたメタボローム分析手法についても新たに検討を行う予定である．

Causes of Carryover

課題Ⅱを実施するために購入を予定していた試薬類の納品が大幅に遅れてしまい，年度内の入手が困難となったため．

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成27年度から繰り越した研究費においては，課題Ⅱ「微生物における定量メタボローム分析手法の開発」及び課題Ⅲ「動物試料における定量メタボローム解析分析手法の開発」に関する研究を実施するための消耗品試薬購入及び培養設備に使用する．さらに，平成28年度では，平成27年度の結果を踏まえ，新たに，陽イオン性代謝物の分析系構築を予定している．分析系を構築するための標準試薬は概ね使用可能な状態にあるが，一部の標準試薬については当該年度の予算を使用して購入を計画する．また，まとまったデータは，学会発表や論文発表していく予定にしており，それに関わる諸経費も，平成28年度の予算を使用する．

Research Products

• [Journal Article] Lipidomic analysis of plasma lipoprotein fractions in myocardial infarction-prone rabbits. (2015)
  • Author(s): Takeda, H., Koike, T., Izumi, Y., Yamada, T., Yoshida, M., Shiomi, M., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: 120(4) Pages: 476-482
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.02.015.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MRM-DIFF: Data Processing Strategy for Differential Analysis in Large Scale MRM-based Lipidomics Studies. (2015)
  • Author(s): Tsugawa H, Ohta E, Izumi Y, Ogiwara A, Yukihira D, Bamba T, Fukusaki E, Arita M.
  • Journal Title: Frontiers in Genetics Volume: 63(18) Pages: 471
  • DOI: 10.3389/fgene.2014.00471
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-throughput simultaneous analysis of pesticides by supercritical fluid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry. (2015)
  • Author(s): Ishibashi M, Izumi Y, Sakai M, Ando T, Fukusaki E, Bamba T.
  • Journal Title: J. Agric. food Chem. Volume: 63(18) Pages: 4457-4463
  • DOI: 10.1021/jf5056248.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超臨界流体テクノロジーのフードメタボロミクスへの応用 (2015)
  • Author(s): 高橋政友，和泉自泰，馬場 健史
  • Journal Title: バイオインダストリー Volume: 32(10) Pages: 17-24
• [Presentation] TCA回路酵素遺伝子過剰発現による Mortierella alpina の脂質生産性向上の検討 (2016)
  • Author(s): 島田良美, 安藤晃規, 和泉自泰, 馬場健史, 岸野重信, 櫻谷英治, 島純, 小川順
  • Organizer: 日本農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 北海道札幌市
  • Year and Date: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [Presentation] Highly-sensitive, accurate, and rapid measurement of low molecular weight compounds by utilizing supercritical fluid extraction and separation technologies (2016)
  • Author(s): Izumi, Y.
  • Organizer: 2016 The 5th Shimadzu International Collaborative Laboratory Forum
  • Place of Presentation: Grand Hyatt Taipei Hotel, Taipei, Taiwan.
  • Year and Date: 2016-03-02 – 2016-03-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 次世代メタボロミクス解析手法の開発と応用 (2016)
  • Author(s): 和泉自泰
  • Organizer: 第2回メタボロミクスミニシンポジウム
  • Place of Presentation: 大分大学医学部医学系研究科, 大分県由布市
  • Year and Date: 2016-02-05 – 2016-02-05
  • Invited
• [Presentation] Supercritical fluid chromatography triple-quadrupole mass spectrometry-based methodology for highly-sensitive and high-throughput analysis of multiresidue pesticides (2015)
  • Author(s): Izumi, Y., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center etc, Honolulu, Hawaii, USA.
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Lipidome analysis of plasma lipoprotein fractions in myocardial infarction-prone rabbits (2015)
  • Author(s): Takeda, H., Koike, T., Izumi, Y., Yamada, T., Yoshida, M., Shiomi, M., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center etc, Honolulu, Hawaii, USA.
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rapid in-depth regioisomer focused lysophospholipidomics of human serum by online supercritical fluid extraction-supercritical fluid chromatography tandem mass spectrometry (2015)
  • Author(s): Izumi,Y., Nakao, M., Tuckett, N., Funada, Y., Uchikata, T., Iwata, Y., Tomita, M., Nishimura , M., Kim Ekroos., Bamba, T.
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center etc, Honolulu, Hawaii, USA.
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 油糧糸状菌 Mortierella alpina のメタボローム解析 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 安藤晃規, 阪本鷹行, 光永均, 中尾素直, 岸野重信, 福﨑英一郎, 櫻谷英治, 島純, 小川順, 馬場健史
  • Organizer: 第67回 日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル, 鹿児島県鹿児島市
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-28
• [Presentation] 超臨界流体クロマトグラフィー三連四重極型質量分析による残留農薬の高感度迅速一斉分析法の開発 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 中尾素直, 福﨑英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第67回 日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル, 鹿児島県鹿児島市
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-28
• [Presentation] 残留農薬分析に資する新規スプリット方式オンライン超臨界流体抽出クロマトグラフシステムの開発 (2015)
  • Author(s): 酒井美穂, 安部秋晴, 市来弥生, 寺田英敏, 服部考成, 舟田康裕, 和泉自泰, 安藤孝, 福﨑英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第67回 日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル, 鹿児島県鹿児島市
  • Year and Date: 2015-10-26 – 2015-10-28
• [Presentation] SFC/MSのメタボロミクスへの応用 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰
  • Organizer: 第2回メタボロームシンポジウム若手会
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺, 静岡県伊豆市
  • Year and Date: 2015-10-02 – 2015-10-02
  • Invited
• [Presentation] イオンクロマトグラフィー高分解能質量分析による新規メタボローム解析システムの開発 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 馬場健史
  • Organizer: Thermo SCIENTIFICイオンクロマトグラフセミナー, 無機イオン～有機酸イオンとメタボライトの分析 最新のテクノロジーと応用例
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター, 大阪
  • Year and Date: 2015-10-01 – 2015-10-01
  • Invited
• [Presentation] オンライン超臨界流体抽出-超臨界流体クロマトグラフィー質量分析を用いた血中脂溶性ビタミン類の高感度分析手法の開発 (2015)
  • Author(s): 上野真菜子, 和泉自泰, 舟田康裕, 岩田庸助, 冨田眞巳, 福崎英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第9回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 三島市民文化会館 ゆうゆうホール 三島商工会議所, 静岡県三島市
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-02
• [Presentation] 心筋梗塞自然発症モデルウサギにおける血漿リポタンパク質粒子のリピドーム解析法の開発 (2015)
  • Author(s): 竹田浩章, 和泉自泰, 富田淳美, 小池智也, 塩見雅志, 松田史生, 福崎英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第9回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 三島市民文化会館 ゆうゆうホール 三島商工会議所, 静岡県三島市
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-02
• [Presentation] 油糧微生物 Mortierella alpine のメタボローム解析 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 安藤晃規, 阪本鷹行, 光永均, 中尾素直, 岸野重信, 福崎英一郎, 櫻谷英治, 島純,小川順, 馬場健史
  • Organizer: 第9回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 三島市民文化会館 ゆうゆうホール 三島商工会議所, 静岡県三島市
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-02
• [Presentation] 超臨界流体クロマトグラフィーにおける脂質分子種の保持時間予測に基づくワイドターゲットリピドミクスシステムの開発 (2015)
  • Author(s): 山田貴之, 和泉自泰, 津川裕司, 福崎英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第9回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 三島市民文化会館 ゆうゆうホール 三島商工会議所, 静岡県三島市
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-02
• [Presentation] イオンクロマトグラフィー高分解能質量分析による新規メタボローム解析システムの開発 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 馬場健史
  • Organizer: Thermo SCIENTIFICイオンクロマトグラフセミナー, 無機イオン～有機酸イオンとメタボライトの分析 最新のテクノロジーと応用例
  • Place of Presentation: コングレスクエア日本橋, 東京
  • Year and Date: 2015-09-29 – 2015-09-29
  • Invited
• [Presentation] Fully automated on-line sample extraction and analysis of residual pesticides in agricultural products by using on-line SFE-SFC-MS (2015)
  • Author(s): Hattori, T., Uchikata, T., Terada, H., Ichikawa, C., Funada, Y., Ichiki, Y., Sakai, M., Ando, T., Izumi, Y., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference 2015
  • Place of Presentation: Makuhari Messe, Chiba-city, Japan.
  • Year and Date: 2015-09-03 – 2015-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Automatically extraction and analysis using on-line supercritical fluid extraction (SFE) / supercritical fluid chromatography (SFC) system (2015)
  • Author(s): Uchikata, T., Terada, H., Funada, Y., Izumi, Y., Bamba, T.
  • Organizer: SFC 2015, 9th International Conference on Packed-Column SFC
  • Place of Presentation: Loews Philadelphia, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Supercritical fluid chromatography tandem mass spectrometry: An alternative to LC/MS/MS for high-sensitivity and -throughput analysis of multiresidue pesticides (2015)
  • Author(s): Izumi, Y., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: SFC 2015, 9th International Conference on Packed-Column SFC
  • Place of Presentation: Loews Philadelphia, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of an online supercritical fluid extraction-supercritical fluid chromatography/mass spectrometry method for the simultaneous and rapid analysis of fat-soluble vitamins (2015)
  • Author(s): Ueno, M., Izumi, Y., Funada, Y., Iwata, Y., Tomita, M., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: SFC 2015, 9th International Conference on Packed-Column SFC
  • Place of Presentation: Loews Philadelphia, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fully automated on-line sample extraction and analysis of residual pesticides in agricultural products by using on-line SFE-SFC-MS (2015)
  • Author(s): Hattori, T., Uchikata, T., Terada, H., Ichikawa, C., Funada, Y., Ichiki, Y., Sakai, M., Ando, T., Izumi, Y., Fukusaki, E., Bamba, T
  • Organizer: SFC 2015, 9th International Conference on Packed-Column SFC
  • Place of Presentation: Loews Philadelphia, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lipidomics of plasma lipoprotein fractions in myocardial infarction-prone rabbits (2015)
  • Author(s): Takeda, H., Koike, T., Izumi, Y., Yamada, T., Yoshida, M., Shiomi, M., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: 11th International Conference of the Metabolomics Society (Metabolomics2015)
  • Place of Presentation: Hyatt Regency San Francisco Airport, San Francisco Bay Area, California, USA.
  • Year and Date: 2015-06-29 – 2015-07-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 心筋梗塞自然発症モデルウサギにおける血漿リポプロテイン画分のリピドーム解析 (2015)
  • Author(s): 竹田浩章, 小池智也, 和泉自泰, 山田貴之, 吉田優, 塩見雅志, 福崎英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第63回質量分析総合討論会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場, 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2015-06-17 – 2015-06-19
• [Presentation] 超臨界流体クロマトグラフィータンデム質量分析による残留農薬の高感度迅速一斉分析法の開発 (2015)
  • Author(s): 和泉自泰, 福崎英一郎, 馬場健史
  • Organizer: 第63回質量分析総合討論会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場, 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2015-06-17 – 2015-06-19
• [Presentation] Fully Automated On-Line Sample Extraction and Analysis of Residual Pesticides in Agricultural Products by using On-Line SFE-SFC-MS (2015)
  • Author(s): Hattori, T., Uchikata, T., Terada, H., Ichikawa, C., Funada, Y., Ichiki, Y., Sakai, M., Ando, T., Izumi, Y., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: 63rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics
  • Place of Presentation: America's Convention Center, St. Louis, Missouri, USA.
  • Year and Date: 2015-05-31 – 2015-06-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rapid In-Depth Regioisomer Focused Lysophospholipidomics of Human Serum by Online Supercritical Fluid Extraction-Supercritical Fluid Chromatography Tandem Mass Spectrometry (2015)
  • Author(s): Izumi,Y., Funada, Y., Uchikata, T., Iwata, Y., Tomita, M., Nishimura, M., Kim Ekroos., Bamba, T.
  • Organizer: 63rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics
  • Place of Presentation: America's Convention Center, St. Louis, Missouri, USA.
  • Year and Date: 2015-05-31 – 2015-06-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Supercritical fluid chromatography triple-quadrupole mass spectrometry: An alternative to LC/MS/MS for high-sensitivity and -throughput analysis of multiresidue pesticides (2015)
  • Author(s): Izumi,Y., Fukusaki, E., Bamba, T.
  • Organizer: 63rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics
  • Place of Presentation: America's Convention Center, St. Louis, Missouri, USA.
  • Year and Date: 2015-05-31 – 2015-06-04
  • Int'l Joint Research
• [Book] ヘルスケアを支えるバイオ計測 (2016)
  • Author(s): 和泉自泰, 竹田浩章, 馬場健史 (分担執筆)
  • Total Pages: 6
  • Publisher: シーエムシー出版