2020 Fiscal Year Research-status Report
希少糖を用いたナトリウム・グルコース共輸送体の糖透過性の分子構造基盤解析
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19K07301
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
神鳥 和代 香川大学, 医学部, 助教 (40457338)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 祐一郎 香川大学, 医学部, 教授 (20532980)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | SGLT / 希少糖 / 電気生理学 / 分子モデリング / 糖尿病 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナトリウム・グルコース共輸送体(SGLT)は、単糖をナトリウムとともに細胞内に取り込む膜タンパク質である。human SGLT (hSGLT )1は主に小腸における糖の吸収を、hSGLT2は腎臓における糖の再吸収を担っている。一方SGLTは癌細胞で高発現し、過度のグルコース取り込みおよび細胞増殖に寄与している。以上のことからSGLTは糖尿病や癌の診断・治療法のターゲットで、SGLT2阻害剤は糖尿病の治療薬として使用されており、SGLTの糖輸送メカニズムの解析は重要な知見となりうる。それぞれのSGLTの糖選択性は糖結合サイト付近のアミノ酸配列により決定されると考えられる。本研究ではSGLTの糖選択性について自然界にわずかしかない単糖、希少糖も含めてアフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的手法により解析している。昨年度までに希少糖を含む単糖のhSGLT1による輸送能を解析し、hSGLT1の糖輸送に関与する可能性があるアミノ酸の部位特異的変異体を作成し、希少糖を含む単糖の輸送能を検討した。その結果T287およびY290におけるアミノ酸置換によって糖選択性が変化することが明らかになり、これらのアミノ酸が糖選択性を決定するカギになっていることが示唆された。またW291は糖輸送に必須であることが明らかになった。
今年度はhSGLT1のK321変異体およびT287とY290の2アミノ酸変異体が特徴的な糖選択性を示すことを明らかにした。またこれまでに得られた変異体とそれぞれの糖との親和性を詳細に解析し、分子モデリングによりhSGLT1による糖の輸送機構の全容解明を進めている。またhSGLT2の電気生理学的解析方法を確立し、野生型と変異体の希少糖を含む糖選択性について解析を行っている。hSGLT1での解析の基にhSGLT2を含むその他のSGLTの糖輸送機構も解明されることが期待される。
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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
hSGLT1の糖輸送の選択性について電気生理学的手法を用いて検討を行った。野生型hSGLT1はこれまで知られているグルコース、ガラクトースに加えて、希少糖の1種であるアロースも輸送することが明らかになった。また糖結合に関与すると予測されるアミノ酸の変異体による糖輸送能を解析し、T287, Y290, K321およびT287とY290の2アミノ酸の変異で野生型とは異なる糖選択性が観察された。W291はその変異体の糖輸送能が消失し、既知の全てのSGLTで保存されていることから、糖輸送に必須であると考えられた。T287, Y290の結果は他のSGLTの糖特異性とアミノ酸配列との関係と相関性を示した。さらにこれらの変異体について、輸送される糖との親和性を検討した。この実験解析結果と分子モデリングから、hSGLT1による糖輸送機構を分子レベルでの解明を進めている。さらにhSGLT1の蛍光分子観測(VCF)法による検討を行っている。この方法は糖結合部位付近に蛍光物質を結合させ、蛍光シグナル強度の変化から構造変化を解析するもので、各変異体に種々の糖を添加した際の糖の結合、糖の透過、それぞれに伴う構造変化を検出することが可能である。これらの解析からSGLTの糖輸送・選択性のさらに詳細な解明が期待できる。
またこれまで報告が限られている、hSGLT2-5および他の種由来SGLTの電気生理学的解析を検討している。その中でhSGLT2を含む複数の輸送体について測定法が確立し、今後はhSGLT1と同様に糖特異性、変異体さらに阻害剤を用いた解析が可能である。一方香川大学農学部との共同研究により、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による新たな糖取り込み測定法の開発も進めている。予定通り、順調な進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
hSGLT1について、これまでの変異体の糖輸送能のデータと糖の構造との関係から、分子モデリングにより糖輸送機構を解明する。またVCF法により、さらに詳細に糖の結合、透過メカニズムを解析する。hSGLT2など電気生理学的な解析が可能な輸送体については、まず希少糖を含めた糖選択性を解析し、さらにhSGLT1の解析から糖選択性が変化することが予測される変異体の解析を行う。これらの解析結果から、SGLTの糖輸送および糖選択性の分子メカニズムの全容を詳細に明らかにする。ここまでの解析からSGLTの糖輸送能に影響を与える希少糖を予測、解析し、新たな薬剤、治療法への利用につなげる。さらにこれらの解析から得られた結果を基に、株化培養細胞で野生型および変異体SGLTを強制発現させ、細胞増殖、酸化ストレスなどとの関係およびそれに対する希少糖の影響を検討する。以上の研究展開により、SGLTをターゲットとした糖尿病や癌の診断・治療・予防法へつなげ、その中で希少糖を利用できる可能性がある。希少糖は香川大学、香川県などの産学官連携により甘味料としての商品化が進んでおり、本研究によるその効果の分子レベルでの解明によりさらに広い研究展開がなされることが期待される。
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| Causes of Carryover |
国内外の状況により、学会出張等の旅費支出がなくなった。次年度は研究をさらに充実させるための物品購入、論文執筆、掲載のための支出、可能となれば旅費として使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
