2017 Fiscal Year Research-status Report
マイコプラズマ細胞膜糖脂質の生物機能解析に関する研究
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16K07711
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
西田 芳弘 千葉大学, 大学院園芸学研究科, 教授 (80183896)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マイコプラズマ / マイコプラズマ肺炎菌 / 糖脂質 / 細胞膜 / グリセロ脂質 / NMRスペクトル / 立体廃材 / 硫酸化脂質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに、1,2-ジアシルグリセロ脂質（1,2-DAG）の動的配座は、sn-3位の置換基の種類によって大きく変動することを明らかにした。平成29年度は、グリセロ糖脂質、並びに硫酸化グリセロ脂質の化学合成をおこない、その一部について動的配座解析を行った。
＜sn-3位に様々な置換基が結合した1,2-DAGの化学合成＞市販の光学活性 (S)-グリシドールとガラクトース（Gal)を出発原料に用いて、脂質部位にパルミチン酸 (C16) 、極性部位にbeta-Galを導入した1,2-DAGを合成した。また、蛍光試薬ダンシルクロリドをsn-3位の水酸基と反応させて、発蛍光性硫酸化グリセロ脂質を化学合成した。＜動的配座の解析＞ 発蛍光性硫酸化グリセロ脂質の動的配座を、筆者らの1H-NMR-Karplus法で解析した。その結果、硫酸化グリセロ脂質の脂質部位（sn-1,2部位）は無秩序に自由回転し、その動的挙動は、リン脂質の挙動と大きく異なることが判明した。＜グリセロ脂質の動的配座とその規則性＞これまでに、筆者は、様々な置換基を3位にもつ1,2-DAGを合成して、独自の解析法（1H-NMR-Karplus法）で動的配座を解析してきた。今年度、硫酸化グリセロ脂質を新たに合成して、詳しい解析を行った。その結果、グリセロ脂質の配座挙動には一定の規則性が存在し、その規則性はリン脂質や糖脂質にも適用できることを見出した（2017年、Beilstein J. Organic Chemistry、Chemical Biology特集号に招待執筆）。その規則性は、長鎖脂肪酸が結合した1,2-DAGだけではなく、芳香族アシル基からなる1,2-ジベンゾイルグリセロールにも当てはまることを明らかにした（Tetrahedron Asymmetry, Dr. Haward Flack を偲ぶ特集号に招待執筆）。
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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
平成28年8月と9月に、溶媒回収装置(3台のうち1台）並びに、真空乾燥用の油圧式ポンプ（2台のうち1台）が故障した。修理の予算要求（学内経費）と実際の修理に3か月を要したため、実験のうち、とくに、マイコプラズマ糖脂質抗原のモデル化合物の合成が、当初の計画に比べて遅延した。これに伴い、平成29年度に予定していたの関連糖脂質を対象とする動的配座解析の一部が未完成に終わった。
上述した機器の故障によって合成計画が遅延したが、合成実験ができない時間を、これまでに取得したデータの机上解析と論文作成に利用した。特に、グリセロ脂質の動的配座の挙動に、何らかの規則性がないか、理論計算と統計学処理を行って検討をすすめた。その結果、当初、まったく予想していなかった「規則性」を見出すことができた。
グリセロ脂質の動的配座は、脂質部位（sn-1,2炭素軸）の自由回転によって、gt, gg, tgと3種の回転配座を与える。従来、この3種の配座は、置換基間の立体反発、クーロン相互作用、ファンデルワールス力、双極子モーメントなど、多くの立体的要因の総和にであり、それらの平衡（存在比率）には相関性はないと考えられてきた。本研究で見出した「規則性」から、相関関係を表す「一般式」を導き出すことができ、ドイツの化学分野英文誌（Beilstein J. Org. Chem.）に報告した。また、同規則性を他の化合物を用いて検証し、その結果をTetrahedron Asymmetry （Haward Flack博士の追悼号）に報告した。この「規則性」は、リン脂質、糖脂質、中性脂質、その他に各種合成脂質の全般に適用可能である。本成果は、グリセロ脂質の立体化学的研究にとって、従来の基本概念を一新するものであり、マイコプラズマ糖脂質の研究をもとより、関連するグリセロ脂質研究は、大いに進展すると確信する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的は、マイコプラズマ肺炎菌が生産するグリセロ糖脂質の生物学的役割を立体化学的の検知から推定することである。関連する様々なグリセロ脂質を合成して、動的配座挙動と三次元構造を詳細に解析する。筆者が確立した1H-NMR-Karplus法を用いた解析を行い、細胞膜構成物質としての運動性を明らかにする。マイコプラズマ菌が、どのような理由で、グリセロ糖脂質を細胞膜に発現しているのか、その理由を明らかにしたい。
平成28年度は、主として、天然型物質として利用グリセロ糖脂質に加えて、脂肪酸の鎖長をC12-C18まで変えた脂質ホモローグを合成した。グリセロ糖脂質の合成は筆者のグリコシル化反応を利用した（2017年12月 Bioorganic Medicinal Chemistry 電子版、2018年1月 同誌に誌上で論文を公開）。同時に、糖を持たない1,2-DAGや、硫酸エステルを導入したグリセロ脂質も合成した。これら一連のグリセロ脂質をモデル化合物に用いることで、マイコプラズマ菌が生産するグリセロ糖脂質の特徴を浮き彫りにすることができる。
平成29年度は、合成したグリセロ脂質の動的配座を詳細に解析した。その結果、配座挙動は3位置換基や溶媒の影響を受けて、従来の予想をはるかに超える範囲で変動すること、さらに、変動する動的配座に一定の「規則性」と「相関性」を見出した。
平成30年度は、本科学研究費（基盤研究C）が最終年度を迎えることを踏まえ、研究を総括するための実験と現在の研究を継続的に発展させるための予備実験を行う。一つは、実験器材の故障により遅延していた合成実験を完了する。また、他のグリセロ脂質に見出した「規則性」を「糖」の種類を変化させた脂質に適用できるか検証する。これらにより、マイコプラズマ糖脂質に特有の動的配座特性や内在する特徴的な相互作用を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
平成29年8月に、研究室が所有する3台の溶媒回収装置（エバポレーター）のうち、1台のモーター部分が故障して、使用できなくなった。さらに、合成品の真空乾燥用に用いていた油圧ポンプが故障した。修理費用（約30万円）の経費負担を学内経費でお願いする申請をし、修理を依頼したが、審査と修理に3か月を要したため、その間、グリセロ糖脂質の合成実験が遅延した。また、上記の故障により、当初予定していた合成スケールを5分の3まで減らす必要があった。その結果、合成試薬、反応溶媒、精製用シリカゲルの消費量と購入量が減り、物品費が予定額を下回って修理額相当の残額が発生した。
平成30年度は本課題の最終年度であり、上記の故障によって遅延していた合成実験を急ピッチに進める。また、必要に応じて合成スケールを大きくした実験を行う。繰り越し分は、当該年度の前半に、試薬類と精製溶媒の物品購入に充て、研究を実施計画に沿って推進する。
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Research Products
(11 results)
