2020 Fiscal Year Research-status Report

キサントフィルの蓄積・分解を調節する代謝機構の解明

Research Project

Project/Area Number	18K11081
Research Institution	Jumonji University
Principal Investigator	長尾昭彦十文字学園女子大学, 人間生活学部, 教授 (40353958)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	アポカロテナール / キサントフィル / ゼアキサンチン / 非対称開裂 / ルテイン
Outline of Annual Research Achievements	令和元年度はもう一つの主要なキサントフィルの代謝反応と考えられる開裂代謝の研究に着手し，動物組織に発現している非対称開裂酵素活性を初めて検出することに成功した。この酵素の特性は組換え体でのみ報告されていたが，動物組織に発現するネイティブ酵素の性質を明らかにすることは，キサントフィルの代謝を解明する上で極めて重要である。そこで令和2年度は非対称開裂酵素に焦点をあてその諸性質の検討を行った。最初に，ルテインとゼアキサンチンの非対称開裂産物を分析に必要な標準品を調製した。ルテインをオゾンに暴露し，任意の二重結合で開裂したカルボニル化合物を調製し，9,10位と9’,10’位で開裂して生成する3-Hydroxy-10’-apo-ε-caroten-10’-alと3-Hydroxy-10’-apo-β-caroten-10’-alを分離した。これらの標準品と非対称開裂酵素による生成物のUV-VIS及びHPLCでの保持時間の比較によって，ルテインとゼアキサンチンは9,10位と9’,10’位で開裂されることが確定された。基質特異性を調べたところ，β－クリプトキサンチン＞ゼアキサンチン，ルテイン＞β－カロテンの順であり，キサントフィルに高い開裂活性をもつ酵素であることが明らかとなった。この非対称開裂反応は反応液に添加する界面活性剤の種類と濃度に大きく依存することを昨年度見出していたが，さらに詳細に調べると基質に対するミカエリス定数Kmも界面活性剤の影響を受けることを見出した。得られた値は約5～40 μMと大きく異なっていた。本酵素はミトコンドリアに局在すると報告されており，界面活性剤によるミトコンドリアからの可溶化が活性に大きく影響するものと考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 昨年度の研究成果を受けてキンサントフィルの非対称開裂反応についての解析に取り組んだ。ルテインとゼアキサンチンから生成する開裂産物の分析については，標準物質の確保が問題となった。しかし，オゾン分解法によって調製することに成功して，同定と正確な定量分析が可能となった。それ以降，非対称開裂を担う酵素の諸性質が分かってきた状況にある。新型コロナ感染症の流行によるリモートワークの実施や遠隔授業の準備等により，研究が多少遅延したが，研究期間を延長が認められた次年度にはより精緻なデータを取得し研究を取りまとめる必要がある。よってやや遅れているとした。
Strategy for Future Research Activity	本研究においてキサントフィルの非対称開裂代謝について新しい知見が得られてきている。非対称開裂酵素に関しては組換え体に発現させた酵素の知見に限られていたが，本研究で初めて動物組織に発現するネイティブの非対称開裂酵素の活性を検出することに成功した。本酵素は生体内のキサントフィル蓄積に大きく影響する酵素と考えられため，非対称開裂酵素の特性解明は極めて高い意義をもつ。最終年度では対称開裂反応に焦点をあてより精緻なデータを取得し研究成果を取りまとめる。特に，ヒトに蓄積される種々の代表的なカロテノイドを基質として非対称開裂酵素反応の速度論的解析を行いキサントフィル代謝における非対称開裂酵素の役割を明らかにする。
Causes of Carryover	令和2年度では，新型コロナ感染症の流行に伴い研究が少し遅延したため想定より消耗品の使用量が少なく残額が発生した。次年度では，令和2年度で得ることができなかったより精緻なデータを習得するために使用する。