2016 Fiscal Year Research-status Report
レンツトレハロースによるオートファジー誘導機構の解明と神経変性疾患治療薬の開発
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15K08013
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| Research Institution | Microbial Chemistry Research Foundation |
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Principal Investigator |
和田 俊一 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 研究員 (40450233)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レンツトレハロース / トレハロース / 神経変性疾患 / アルツハイマー病 / オートファジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レンツトレハロース類の発酵生産と有機合成による大量生産法の検討を引き続き行っているが、この一方で、レンツトレハロース類と同様に分解酵素によって分解されず、培養細胞へのオートファジー誘導能を保持する新たなトレハロース類縁体の探索も行った。その結果、これらの条件を満たしたうえ、レンツトレハロース類の10倍程度の生産効率を示す類縁体化合物TRH-X （特許出願予定のため仮名）を放線菌より発見した。TRH-Xについては、数L規模での培養と精製法を順調に確立し、これまでに20 gほど精製物を得ている。またTRH-Xは誘導体展開が容易であり、これをもとにこれまでに7種類の新規誘導体を合成し、それぞれの活性を検討中である。
トレハロース類縁体化合物によるオートファジー誘導機構の解明に関しては、動物個体レベルでは、トレハロース投与後のマウスから採取した血清を用いて、抗体アレイにより、増減の見られるサイトカインを調べた。この結果、投与により3種のサイトカインの血中濃度に明らかな上昇が見られた。また培養細胞レベルでは、今後、結合タンパク質探索を行うため、その準備として、TRH-Xを基に新たな標識化トレハロース3種を合成した。
神経変性疾患治療薬としての評価、開発では、対象化合物の十分量の生産を待つ間、トレハロースによるアルツハイマーモデルマウスへの治療効果を確認する実験を行った。この結果、発症後早期のマウスに一か月程度トレハロースを与えた場合で、認知機能の改善とアミロイドβ斑蓄積の抑制効果が有意に確認された。また、レンツトレハロース類とトレハロースを用い、マウスでの吸排実験を行ったところ、レンツトレハロース類はトレハロースに比べて生物学的利用能が高いことが示された。このデータについては、レンツトレハロース類が各種微生物に分解されず素材として有用であることを示したデータとともに論文として発表した。
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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
本研究での動物実験のために十分な量を準備し、また、将来的な実用化を見据えた物質量を確保するために、対象となる化合物の大量生産法の確立が重要な課題となっている。レンツトレハロース類の発酵生産や有機合成による増産の検討では、当面の研究に必要な量を確保する目途がつくほどには進捗が見られたが、生産コストと期間に無駄が多く、大量生産の実行には踏み切れない状態であった。しかしながら、新たに発見したTRH-Xは、本研究で期待される酵素非分解性やオートファジー誘導能を有したうえ、高生産量が期待でき、今後数か月の精製法検討の後には、必要時に、一か月以内に数百g以上得られるようになるものと予想される。これにより、対象化合物の大量生産という最も困難と考えられた課題がほぼ解決された形となった。
オートファジー誘導機構の解明に関しては、トレハロース投与マウスで３種のサイトカインの血中濃度が上昇することを確認したが、いずれもトレハロースとの関係が報告されていないものである。特に、このうちの一つ、CK-X（特許出願予定のため仮名）は、糖や脂質の代謝に深く関与し、オートファジーの誘導にも関係するものとして知られるものである。今後、CK-Xの挙動に注目することで、トレハロース類による神経変性疾患治療効果のメカニズム解明につながるものと期待できる。
アルツハイマー病モデルマウスでのトレハロース類縁体の治療実験も系の確立が整い、トレハロースが進行抑制効果を示すことを確認した。また、レンツトレハロース類では、トレハロースより生物学的利用能が高いことが示されたため、酵素非分解性トレハロース類ではアルツハイマー病治療効果もより高くなるものと予想され、次に行うTRH-Xによる治療効果評価実験のために弾みをつけた形となっている。以上のことから、各項目において、本研究はおおむね順調に進展しているものと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
TRH-X大量生産の検討のため、直近の数か月では30-100 Lスケールでの生産菌ファーメンター培養を行い、それに合わせた規模の精製法確立を目指す。これによって得られる精製品を用い、アルツハイマーモデルマウスに数か月程度投与を行う治療効果評価実験を行う。TRH-Xの一部は新規誘導体合成にも用いる。培養細胞へのオートファジー誘導効果の高い誘導体が出来るようであれば、TRH-Xとともにマウスでの治療実験を行う。また、標識化化合物とした誘導体を使用して培養細胞よりトレハロース結合タンパク質の探索を行う。昨年度の検討において、ビオチン化レンツトレハロースBを用いて培養細胞よりトレハロース結合タンパク質の探索を行った際には、特異的な結合タンパク質は見つからなかったが、この一因としてビオチン化により立体障害が生じていたことが考えられた。このため、TRH-X標識体のうち、修飾部が小さく、立体障害がより少ないと考えられるものを用いて検討を行う。また動物個体レベルでのオートファジー誘導機構の解明のために、トレハロース投与の時間や濃度をふって３種のサイトカインの発現パターンを検討する。続いて、それらのサイトカインを産生する細胞、組織の探索、トレハロース投与とサイトカイン投与とでの効果の比較、あるいは適切な細胞株を用いたサイトカインの効果の調査などを行い、トレハロースによるオートファジー誘導へのそれらのサイトカインの関与について検討する。
また、これまでに引き続き、各種の培養細胞評価系を用いて、微生物化学研究所が保有する、放線菌を中心とした微生物培養抽出液ライブラリーより、レンツトレハロース類やTRH-Xに続く新たな神経変性疾患治療薬候補化合物の探索も行っていく。
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| Causes of Carryover |
丁度、年度更新時のタイミングで、164,883円の抗体アレイを購入する必要が生じ、その時点での残高が134,181円であり足りなかったため、次年度分として購入した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の事情のため、繰り越し残高分については既に使い切っている。
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[Journal Article] Stability and Bioavailability of Lentztrehaloses A, B, and C as Replacements for Trehalose.2016
Author(s)
Wada S, Sawa R, Ohba S, Hayashi C, Umekita M, Shibuya Y, Iijima K, Iwanami F, Igarashi M.
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Journal Title
J Agric Food Chem
Volume: 64
Pages: 7121-7126
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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