2018 Fiscal Year Annual Research Report
新規セレン化合物セレノネインの全合成とその物理化学的・生物学的評価
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17H04001
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
鈴木 紀行 千葉大学, 大学院薬学研究院, 准教授 (10376379)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椋 康光 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (40292677)
阿南 弥寿美 昭和薬科大学, 薬学部, 講師 (40403860)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | セレニウム / 酸化ストレス / 金属毒性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海棲生物より見出された新規セレン化合物セレノネインは、これまでに報告されているセレンを含有する様々な天然物とは全く異なった構造を有している。そのため、海棲生物の体内でどのような役割を担っているのか、ヒトが摂取した際にどのように代謝・排泄されるのか、毒性学的・栄養学的意義はどうか、など多くの観点から議論の対象となっている。また、生合成経路を含めた生物圏におけるセレンの元素循環の中での位置付けも明らかにされていない。本研究は、このセレノネインを合成し、物理化学的・生化学的・生物学的特性を詳細に解析することで、その存在意義を明らかにすることを目的とする。
平成３０年度においては、前年度までに検討を行った合成ルートに基づいて引き続きセレノネインの全合成研究を行った。セレノネインの全合成の鍵となるステップは、イミダゾール環にセロン基を導入する反応であるが、現在行っているイミダゾリニウムカチオンから２位に発生させたカルベンと元素状セレンを反応させるというルート以外に、イミダゾール２位に導入したハライドやニトロ基をセレノール基と触媒的に置換するといった合成ルートも併せて検討した。以上の検討から、セレノネインの化学構造を模倣したイミダゾール-2-セロン誘導体を得ることに成功した。また、遺伝子改変により菌体に蓄積された比較的純度の高いセレノネインを分取HPLCにより精製する方法によって、化学的に純粋なセレノネインを十分量得ることに成功した。これらのサンプルを用いることで、セレノネインと活性酸素種との相互作用の検討の一つとして、グルタチオンペルオキシダーゼ様活性の測定を行った。その結果、セレノネインはセレノメチオニンなどの他の安定なセレン化合物に比べて高いグルタチオンペルオキシダーゼ様活性を有し、またその活性はイミダゾール-2-セロン部分によることが明らかとなった。
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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
当初、平成３０年度の研究計画においては、前年度までに検討を行った合成ルートに基づいて引き続きセレノネインの全合成研究を行うとともに、より効率的な合成ルートの再検討も併せて行うこととしていた。そして実際の研究実績としては、いくつかの合成ルートを比較検討した結果、セレノネインの化学構造を模倣した多種多様な化学構造を有するイミダゾール-2-セロン誘導体を得ることに成功している。また本年度には、遺伝子改変麹菌に対して亜セレン酸を暴露することで、麹菌体内に高濃度のセレノネインが蓄積されること利用して、比較的簡単な単離・精製操作で化学的に純粋なセレノネインサンプルを得ることに成功した。これらの成果は、本研究の大きなボトルネックを乗り越えるものであり、大きな進捗であると言える。
また、本年度はこの化学的に純粋なセレノネインサンプルを用いて、セレノネインと重金属や活性酸素種との相互作用などの検討や、セレノネインの栄養学的な評価・生理作用の解明などの検討を行うことを予定していた。セレンタンパク質・セレン酵素は哺乳類の重金属毒性、活性酸素種や親電子化合物などに対するストレス応答の中心的な要素の一つであり、セレノネインについても同様の機能を有することが予想されているが、その機能の根拠となるデータは全く測定されていなかったためである。申請者らは、セレノネインのグルタチオンペルオキシダーゼ様活性の測定を行い、セレノネインという化合物そのものが高い抗酸化活性を有すること、またその抗酸化活性によって酸化ストレスから細胞を保護することを明らかとした。それに加え、セレノネインが培養細胞によってセレンの栄養源として利用されるか否か、というセレノネインの栄養学的な評価に関しても検討を行い、予備的な知見を得ることに成功した。
このような理由で、本研究は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度においては、前年度までに得られた化学的に純粋なセレノネイン標準サンプルを用いて、引き続きセレノネインと重金属や活性酸素種との相互作用などの物理化学的な検討や、セレノネインの栄養学的な評価・生理作用の解明など、得られたセレノネインのサンプルを用いた検討を行う。また、標識したセレン化合物を栄養源としてセレノネインを生合成させることにより得られる安定同位体標識セレノネインを用いて、セレノネインが生体内でいかなる機能を担っているのかという点を明らかにするために代謝・排泄のメカニズムやセレン栄養源としての評価、動物のストレス耐性に対する影響などの検討を行う。
セレノネインの生合成経路やセレン循環マップにおける位置付けは現時点で全くの未知である。しかしながら、セレノネインの硫黄等価体であるエルゴチオネインの生合成経路に関しては、一部の真菌や細菌類でシステインの硫黄原子をヒスチジンのイミダゾール環に酸化的に導入する酵素が知られており、これが重要な手がかりとなると考えている。また、セレン循環マップの全容を明らかにするために、前年度までには扱ってこなかった微生物などについてもセレノネインの存在の有無やその代謝を検討していく。また、これまでの検討によって、動植物の体内には我々の想像を超える多様な化学形態のセレン化合物が存在することが明らかとなってきた。このことはセレンの環境循環を考える上で、どのような化学形態のセレン代謝物があるのかを予め知り、それをセレンの代謝物ライブラリとして構築しておくことの重要性を示している。申請者らは、本研究において網羅的なバイオセレン化合物ライブラリを作成し、その情報を公開し、サンプルを提供できる体制を構築することが、バイオセレン化合物に関連する多くの研究が飛躍的な進歩を遂げる原動力になりうると考えている。本項目は、鈴木と小椋が担当する。
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