2020 Fiscal Year Research-status Report
A low carbohydrate ketogenic diet alters the expression levels of epilepsy-related glycosphingolipids and their genes for metabolisms
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19K11810
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
奥田 徹哉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20443179)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ケトン食 / ガングリオシド / てんかん / GM2A / ST3GAL2 / 抗糖鎖抗体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ケトン食摂取モデルマウスにてガングリオシドの含有量の増加が見られる肝臓を用いて、網羅的遺伝子発現解析を実施し、通常食摂取群と比較してケトン食摂取により発現量が有意に変化している遺伝子を数種同定した。特に大きな変化として、ガングリオシドの生合成に関わるSt3gal2の増加と、分解に関わるGm2aの低下を見出した。さらなるqRT-PCR解析により、Gm2aはケトン食摂取マウスの大脳皮質や海馬においても発現量が低下していることがわかったが、その変化量が小さいためか、当該組織においてガングリオシドの含有量の変化は検出されなかった。一方、Gm2aの欠損マウスではガングリオシドが小脳に蓄積することから、小脳のガングリオシドの含有量を調べたところ、ケトン食摂取群においてシアル酸を多く含む複合型ガングリオシドの含有量に増加傾向が見られた。これらはSt3gal2がコードする酵素により合成されるα2,3シアリルガラクトース構造を特徴とするガングリオシドであり、ケトン食の摂取がGm2aとSt3gal２の遺伝子転写を作用点として、中枢神経組織のガングリオシドの含有量へと影響を及ぼすことが示唆された。
他方、肝臓におけるガングリオシドの含有量の増加が血清中のガングリオシドの量的変化へと反映することがわかった。またケトン食は血清糖タンパク質を合成する肝臓の糖タンパク質の糖鎖合成へと影響を及ぼすことも見出した。これらの複合糖質の血清中での量的変化・糖鎖構造変化は、ケトン食の中枢神経組織への作用を間接的に評価できるバイオマーカーとなる可能性がある。そこで、臨床現場の常用技術であるイムノアッセイにてこれらを評価する技術の確立に取り組み、必要な抗糖鎖抗体の開発を進め、評価指標の候補であるシアリル化糖鎖を認識するモノクローナル抗体を数種獲得し、ダウンストリームプロセスに必要な精製技術を確立した。
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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
本研究の主な目標である、ケトン食の摂取により影響を受けるスフィンゴ糖脂質の分子種の特定に成功しており、最終目標であるケトン食の生体への作用を定量的に評価するための技術の確立に向けて、特定したスフィンゴ糖脂質の分子種を特異検出できる抗体の獲得に成功するなど進捗しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに、ケトン食の生体への作用を定量的に評価するための技術の確立に向けて、評価指標候補となるスフィンゴ糖脂質の分子種を特定しており、特異検出できる抗体の獲得にも成功している。そこで臨床現場の常用技術であるイムノアッセイを基盤とした実用的な評価技術の確立に取り組む。具体的には、血清中のガングリオシドの含量や血清糖タンパク質の糖鎖変化を定量的に評価できる技術の確立に向けて、抗体の特性解析や酵素標識などの加工に必要なダウンストリームプロセスの確立に取り組む。
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| Causes of Carryover |
ケトン食の生体への作用を定量的に評価するための技術の確立において、対象とするスフィンゴ糖脂質の分子種が当初の想定とは異なる組織に発現していることが判明し、目的の評価系の構築のために実験計画を見直し、新たな実験を実施する必要が生じたため。
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