量子ドットナノプローブを活用したアミロイド凝集阻害物質の探索とその作用機序の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03288
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 徳樂 清孝 室蘭工業大学, 工学研究科, 准教授 (00332106)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上井 幸司 室蘭工業大学, 工学研究科, 准教授 (80347905) ; 中村 宗一郎 信州大学, 役員等, 理事 (00105305) ; 橋 友理香 信州大学, 学術研究院農学系, 助手 (40756962)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アミロイドβ / 凝集阻害

Outline of Annual Research Achievements

アルツハイマー病をはじめとするアミロイド病は、アミロイドタンパク質の凝集が引き金となり発症するため、その凝集阻害物質は病気の予防や治療に有用である。最近我々は、量子ドットによるアミロイドβ（Aβ）凝集のリアルタイムイメージング法を応用したAβ凝集阻害物質の微量ハイスループットスクリーニング法（MSHTS法）を開発した。本研究ではMSHTS法を活用し、Aβ凝集阻害物質の探索、および作用機序を解明に取り組んだ。また、MSHTS法をAβ以外のアミロイドに拡張するための検討を行った。
我々は、以前シソ科ハーブ系香辛料の一種であるサマーサボリーの活性本体がロスマリン酸であることを報告した。そこで、ロスマリン酸のAβ凝集阻害機構を解明するために、様々なロスマリン酸誘導体を合成し、MSHTS法およびThT法を指標として構造活性相関の解析を行った。これらの成果については学会で発表し、現在国際専門誌に論文を投稿中である。
また、これまで高いAβ凝集阻害活性が明らかになっている青ジソの活性本体の探索にも取り組んだ。その結果、複数の活性本体が凝集阻害活性に寄与している可能性が示唆された。今後も活性本体の探索に取り組み、青ジソによるAβ凝集阻害機構を明らかにする予定である。
新たなAβ凝集阻害物質の発見を目指し、北海道産植物抽出物ライブラリー（504種類の抽出物）の活性をMSHTS法により評価した。その結果、植物の分類と活性に相関が見られることが明らかになった。この成果については、現在論文発表の準備を進めているところである。
Aβ以外のアミロイド凝集についても量子ドットを用いた可視化が可能になりつつある。これまで幾つかのペプチド凝集の可視化に成功しており、タウについては凝集過程の3Dタイムラプス観察や、ロスマリン酸による凝集阻害の様子の直接観察にも成功するなど、先行して研究が進みつつある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

初年度に計画していたロスマリン酸のAβ凝集阻害機構の解明については、予定通り誘導体を用いた構造活性相関解析が終了し、現在論文投稿中である。また、この研究を進める際に、低濃度のロスマリン酸がAβ凝集体の形態に影響を与えることが新たに明らかになり、現在その解析を進めているところである。
青ジソの活性本体の単離までは終了できなかったが、複数の活性物質が協同的に作用している可能性が明らかになるなど、当初の予定とは異なる状況となったため、それをふまえて次年度以降も研究を続ける予定である。
新たな活性本体の発見を目指し、約500種類の植物抽出物を含むライブラリー、約100種の低分子有機化合物を含むライブラリーの解析を終え、学会発表や論文発表の準備を進めている。また、2016年度文科省共通政策課題（基盤的設備等整備分）が年度途中に採択され、自動分注システム、共焦点レーザーシステム、GC-MSを新たに導入することができた。そこで、これまで手動で行ってきた分注作業を自動化することで、MSHTS法の高速化、高精度化に向けた手法の改良を新たに開始した。また、共焦点システムにより凝集体の三次元画像の観察が可能になったため、凝集阻害物質による阻害だけでなく、阻害物質が凝集体の形状に与える影響も解析出来るようになり、新たな情報が得られつつある。このように、MSHTS法については、当初の予定よりシステムの高度化が進んでおり、今後の研究の加速が期待される。
量子ドットを用いたAβ以外のペプチドの凝集過程の可視化についても進みつつ有り、Tauについては新たなシステムを用いて、計画以上の研究の進展が進んでいる。一方で、Aβオリゴマー形成阻害物質の新規スクリーニング法の開発については、計画より若干遅れている。
全体としては計画以上に進んでいる部分が多いが、一部遅れているところもあるため、(2)と自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

おおよそ、予定通り研究は進みつつあるため、今後も当初の計画通り研究を進めていく予定である。一方で、MSHTS法の自動化が可能になったため、この手法を活用した企業等との共同研究を進めていく予定である。現在、すでに地方自治体を含む幾つかの企業等と共同研究が進みつつあり、今後もそれを拡大していく方針で研究を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Solventless extraction methods for immature fruits: Evaluation of their antioxidant and cytoprotective activities (2017)
  • Author(s): Heng, M.Y., Katayama, S., Mitani, T., Ong, E.S., Nakamura, S.
  • Journal Title: Food Chem. Volume: 221 Pages: 1388-1393
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.11.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 量子ドットナノプローブを用いたアミロイド凝集過程のリアルタイムイメージング技術とその活用 (2016)
  • Author(s): 德樂清孝、上井幸司
  • Journal Title: 第54回粉体に関する討論会講演論文集 Volume: 1 Pages: 136-140
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 量子ドットを用いたAβ凝集阻害物質の微量ハイスループットスクリーニング法 (2016)
  • Author(s): 德樂清孝、上井幸司
  • Journal Title: BIO Clinica 31 Volume: 31 Pages: 76-81
• [Journal Article] Allosteric regulation by cooperative conformational changes of actin filaments drives mutually exclusive binding with cofilin and myosin (2016)
  • Author(s): Ngo, K.X., Umeki, N, Kijima, S.T., Kodera, N., Ueno, H., Furutani-Umezu, N., Nakajima, J., Noguchi, T.Q.P, Nagasaki, A., Tokuraku, K., Uyeda, T.Q.P.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 35449
  • DOI: 10.1038/srep35449
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous analysis of major ingredients of Gardenia fruit by HPLC-MS/TQMS method (2016)
  • Author(s): Galaqin, M., Uwai, K., Yuguchi, M., Iwasa, T.
  • Journal Title: Mongolian J. Chem. Volume: 17 Pages: 34-37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple primary β-amino alcohol catalyzed enantioselective Diels-Alder reaction of 3-hydroxy-2-pyridones (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Reddy, U.V.S., Kohari, Y., Seki, C., Furuyama, T., Kobayashi, N., Okuyama, Y., Kwon, E., Uwai, U., Tokiwa, M., Takeshita, M., Nakano, H.
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 57 Pages: 5771-5776
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.11.030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2-Azanorbornane-based amine organocatalyst for enantioselective aldol reaction of isatins with ketones (2016)
  • Author(s): Ogasawara, A., Reddy, U.V.S., Seki, C., Okuyama, Y., Uwai, K., Tokiwa, M., Takeshita, M., Nakano, H.
  • Journal Title: Tetrahedron: Asymmetry Volume: 27 Pages: 1062-1068
  • DOI: 10.1016/j.tetasy.2016.08.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple Primary Amino Amide Organocatalyst for Enantioselective Aldol Reactions of Isatins with Ketones (2016)
  • Author(s): Kimura, J., Reddy, V.S., Kohari, Y., Seki, C., Mawatari, Y., Uwai, K., Okuyama, Y., Kwon, E., Tokiwa, M., Takeshita, M., Iwasa, T., Nakano, H.
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 2016 Pages: 3748-3756
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Sesaminol Feeding on Brain Aβ Accumulation in a Senescence-Accelerated Mouse-Prone 8 (2016)
  • Author(s): Katayama, S., Sugiyama, H., Kushimoto, S., Uchiyama, Y., Hirano, M., Nakamura, S
  • Journal Title: J. Agric. Food Chem. Volume: 64 Pages: 4008-4013
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.6b01237
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ジベンジリデンアセトン類のフェノール性水酸基がAβ凝集阻害活性に及す影響 (2017)
  • Author(s): 畑山晃輝、田口莉帆、安藤雄一、関千草、中野博人、徳樂清孝、上井幸司
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 宮城県、仙台国際センター
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-27
• [Presentation] アミロイドβ凝集阻害活性と総ポリフェノール含有量に基づく北海道白糠町産植物からの活性物質の探索 (2017)
  • Author(s): 久保研二、渡邉輝、杉村康司、関千草、中野博人、菱田敦之、徳樂清孝、上井幸司
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 宮城県、仙台国際センター
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-27
• [Presentation] Discovery of lead compounds targeting Amyloid-β aggregation from aromatic low-molecular compounds (2017)
  • Author(s): Ando, Y., Ota, K., Ito, I., Kikuchi, H., Oshima, Y., Endo, Y., Uwai, K., Tokuraku, K.
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Mitigation Research 2017
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2017-03-03 – 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Suppression of Amyloid β-induced cytotoxicity by Plant extracts and Polyphenols with inhibitory activity for Amyloid β aggregation (2017)
  • Author(s): Yamashita, R., Itada, T., Nakagawa, H., Uwai, K., Tokuraku, K.
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Mitigation Research 2017
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2017-03-03 – 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Function of Gloiopeltis furcata as Aggregation Inhibitor for Aβ, evaluated by a microliter-scale high-throughput screening system (2017)
  • Author(s): Yo, T., Itada, T., Takahashi, T., Ogara, T., Uwai, K., Tokuraku, K.
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Mitigation Research 2017
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2017-03-03 – 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure-activity Relationship of Amyloid β Aggregation Inhibitors: Dibenzylideneacetone Derivatives (2017)
  • Author(s): Hatayama, K., Taguchi, R., Ando, Y., Seki, C., Nakano, H., Tokuraku, K., Uwai, K.
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Mitigation Research 2017
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2017-03-03 – 2017-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メカニズムに着目したカフェイン酸誘導体のアミロイドβ凝集阻害活性評価 (2016)
  • Author(s): 田口莉帆、高橋倫人、畑山晃輝、太田公規、橋友理香、関千草、中野博人、遠藤泰之、徳樂清孝、上井幸司
  • Organizer: 第34回メディシナルケミストリーシンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城県、つくば国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Presumption of amyloid-β aggregation mechanism based on the structure-activity relationships for aggregation inhibition and docking studies (2016)
  • Author(s): TAGUCHI, R., TAKAHASHI, T., KOSAKA, S., TOKURAKU, K., UWAI, K.
  • Organizer: The 44th symposium on structure-activity relationship and the 32st assembly for pesticide design research
  • Place of Presentation: 京都府、京都大学医学部
  • Year and Date: 2016-11-16 – 2016-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショウジョウバエ株化神経細胞BG2-c6を用いたアミロイドβ神経細胞毒性評価 (2016)
  • Author(s): 山下涼太、板田鉄平、中川裕之、上井幸司、徳楽清孝
  • Organizer: 第68回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 富山県、富山国際会議場
  • Year and Date: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [Presentation] 多様なアミロイド形成のモニターを可能にする新規量子ドットプローブの創製 (2016)
  • Author(s): 中林昌基、片山茂、三谷塁一、徳楽清孝、橋友理香、中村宗一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会中部支部、第177回例会
  • Place of Presentation: 愛知県、名古屋大学農学部
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-24
• [Presentation] Imaging of amyloid aggregation by quantum dots and its application for screening of aggregation inhibitors (2016)
  • Author(s): 徳楽清孝
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道、北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22 – 2016-09-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 量子ドットナノプローブを用いたアミロイド凝集過程のリアルタイムイメージング技術とその活用 (2016)
  • Author(s): 徳樂清孝、上井幸司
  • Organizer: 第54回粉体に関する討論会
  • Place of Presentation: 北海道、登別グランドホテル
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-14
• [Presentation] Effects of seaweeds extracts for amyloid β aggregation (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Yo, T., Ogara, T., Yasui, H., Uwai, K., Tokuraku, K.
  • Organizer: The 7th Forum on Studies of Environmental and Public Health Issues in the Asian mega-Cities
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of the number and position of phenolic hydroxyl groups on the Aβ aggregation inhibition of polyphenols (2016)
  • Author(s): Hatayama, K., Taguchi, R., Takahashi, T., Seki, C., Nakano, H., Tokuraku, K., Uwai, K.
  • Organizer: The 7th Forum on Studies of Environmental and Public Health Issues in the Asian mega-Cities
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inhibitory mode of rosmarinic acid derivatives against amyloid - beta aggregation: their ThT and MSHTS analyses (2016)
  • Author(s): Taguchi, R., Takahashi, T., Hatayama, K., Hashi, Y., Seki, C., Nakano, H., Tokuraku, K., Uwai, K.
  • Organizer: The 7th Forum on Studies of Environmental and Public Health Issues in the Asian mega-Cities
  • Place of Presentation: 北海道、室蘭工業大学
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 微量ハイスループットスクリーニング法を用いたフクロフノリ（Gloiopeltis furcata）熱水抽出物のAβ凝集阻害機構の解明 (2016)
  • Author(s): 楊卓朗、板田鉄平、高橋倫人、大柄俊貴、上井幸司、徳楽清孝
  • Organizer: 日本食品化学学会第22回総会・学術大会
  • Place of Presentation: 高知県、高知市文化プラザかるぽーと
  • Year and Date: 2016-06-02 – 2016-06-03