Development of analysis method of urinary stones based on meteorite scicence and crystal growth strategy

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22965
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 丸山 美帆子 大阪大学, 高等共創研究院, 准教授 (20623903)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 善博 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00544107) ; 門馬 綱一 独立行政法人国立科学博物館, 地学研究部, 研究主幹 (30552781) ; 田中 勇太朗 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 研究員 (70813434)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: バイオミネラル / 尿路結石 / 結晶工学 / 赤外分光分析 / タンパク質 / 結晶相マッピング / 多重蛍光免疫染色 / 結晶成長

Outline of Annual Research Achievements

新たにVitamine K-dependent protein Z, THP, Calgranulin B, High-mobility group protein B2, Lysozyme, Albuminなど6種類のタンパク質分布可視化条件を確立した。これらのタンパク質の中で、LysozymeとAlbuminはシュウ酸カルシウム結晶の成長を促進するという報告がある。そこで特に、この2種類のマッピング結果と結晶の関係性について調査を行った。
結論としては、結晶成長の促進効果が高いLysozymeの結石中の存在量は、本手法で可視化できる検出限界以下であることが分かった。少なくともこれまで観察してきたオステオポンチン（OPN）、カリグラニュリンA（Cal-A）、プロトロンビン（RPTF-1）と比べて極めて結石に取り込まれにくいと考えられる。一方で、Albuminは、結晶の内部にはほとんど見られなかったが、結晶と結晶の粒界に濃集する様子が観察された。この分布状況はCal-Aの分布と非常によく似ていた。
次に、シュウ酸カルシウム結晶（CaOｘ結晶）をin vitroで合成し、この結晶表面に蛍光ラベル化したLysozymeやAlbuminが吸着するか否かを蛍光顕微鏡で観察した。その結果、LysozymeはCaOx結晶にほとんど吸着しなかったのに対し、AlbuminはCaOx結晶の特定の方位に吸着する様子が確認された。
過去の結晶成長実験から、LysozymeやAlbuminはCaOx結晶の表面と相互作用して結晶成長を促進すると考えられていたが、今回の単結晶を用いた蛍光ラベル化分子の可視化、および結石薄片の分子マッピングにより、例え結晶成長に影響を及ぼすタンパク質分子だとしても、結晶内部に取り込まれずに影響を及ぼすことがあると分かった。

Research Products

• [Journal Article] Growth of Acetaminophen Polymorphic Crystals and Solution-Mediated Phase Transition from Trihydrate to Form II in Agarose Gel (2021)
  • Author(s): Nishigaki Akari、Maruyama Mihoko、Tanaka Shun-ichi、Yoshikawa Hiroshi Y.、Imanishi Masayuki、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke、Takano Kazufumi
  • Journal Title: Crystals Volume: 11 Pages: 1069～1069
  • DOI: 10.3390/cryst11091069
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multicolor imaging of calcium-binding proteins in human kidney stones for elucidating the effects of proteins on crystal growth (2021)
  • Author(s): Tanaka Yutaro、Maruyama Mihoko、Okada Atsushi、Furukawa Yoshihiro、Momma Koichi、Sugiura Yuki、Tajiri Rie、Sawada Koichi P.、Tanaka Shunichi、Takano Kazufumi、Taguchi Kazumi、Hamamoto Shuzo、Ando Ryosuke、Tsukamoto Katsuo、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke、Yasui Takahiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 16841-16841
  • DOI: 10.1038/s41598-021-95782-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 光で解き明かす尿路結石形成機構 (2022)
  • Author(s): 丸山 美帆子
  • Organizer: 第1回 テクノアリーナ フォトニクス・センシング工学グループ交流フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 生命にかかわる結晶の多形ー尿路結石の形成ー (2021)
  • Author(s): 丸山 美帆子, 吉川 洋史, 吉村 政志, 森 勇介
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会 第18回研究集会
  • Invited
• [Presentation] 尿管ステント周囲に成長する結石の観察に向けた薄片技術の開発 (2021)
  • Author(s): 田尻 理恵, 丸山 美帆子, 茶谷 亮輔, 濱本 周造, 杉浦 悠紀, 高橋 由梨子, 田中 勇太朗, 門馬 綱一, 高野 和文, 吉川 洋史, 田口 和己, 安藤 亮介, 岡田 淳志, 塚本 勝男, 吉村 政志, 森 勇介, 安井 孝周, Meteor Project
  • Organizer: 日本尿路結石症学会 第31回学術集会
• [Presentation] ステント周囲に形成した尿路結石の結晶成分マッピングによる結石形成機序の考察 (2021)
  • Author(s): 高橋 由利子, 丸山 美帆子, 杉浦 悠紀, 濵本 周造, 茶谷 亮輔, 田尻 理恵, 吉川 洋史, 高野 和文, 岡田 淳志, 吉村 政志, 安井 孝周, 森 勇介, Meteor Project
  • Organizer: 日本尿路結石症学会 第31回学術集会
• [Presentation] 結石のマルチ蛍光免疫染色から考察するシュウ酸カルシウム結晶の相転移環境 (2021)
  • Author(s): 丸山 美帆子, 田中 勇太朗, 岡田 淳志, 古川 善博, 門馬 綱一, 杉浦 悠紀, 田尻 理恵, 田口 和己, 濵本 周造, 安藤 亮介, 塚本 勝男, 吉村 政志, 安井 孝周, 森 勇介, Meteor Project
  • Organizer: 日本尿路結石症学会 第31回学術集会
• [Presentation] リン酸カルシウム系尿路結石形成初期課程に見られる結晶相の相転移 (2021)
  • Author(s): 高橋由利子, 丸山美帆子, 杉浦悠紀, 濱本周造, 茶谷亮輔, 田尻理恵, 吉川洋史, 高野和文, 岡田淳志, 吉村政志, 安井孝周, 森勇介, METEOR Project
  • Organizer: 第50回結晶成長国内会議
• [Presentation] 第109回 日本泌尿器科学会総会 (2021)
  • Author(s): 田中勇太朗，岡田淳志，丸山美帆子，古川善博，田尻理恵，門馬鋼一，杉浦悠紀，田口和己，濱本周造，吉村政志，森勇介，郡健二郎，安井孝周
  • Organizer: 医学と隕石学の融合による多面的構造解析を応用した尿路結石形成におけるタンパク質の機能解明
• [Presentation] The impact of protein mapping in human kideny stone by multifaced structure analysis (2021)
  • Author(s): Yutaro Tanaka, Atsushi Okada, Mihoko Maruyama, Teruaki Sugino, Kazumi Taguchi, Shuzo Hamamoto, Yusuke Mori, Kenjiro Kohri, Takahiro Yasui
  • Organizer: The 37th Korea-Japan Urological Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多重免疫染色法を応用した尿路結石形成におけるCalcium-Binding Protein の機能解明 (2021)
  • Author(s): 田中勇太朗，岡田淳志，丸山美帆子，古川善博，田尻理恵，門馬鋼一，杉浦悠紀，田口和己，濱本周造，吉村政志，森勇介，郡健二郎，安井孝周
  • Organizer: 日本尿路結石症学会 第31回学術集会
• [Presentation] 尿路結石薄片に対する多面的構造解析法による尿路結石形成におけるタンパク質機能解明 (2021)
  • Author(s): 田中勇太朗，岡田淳志，丸山美帆子，古川善博，田尻理恵，門馬鋼一，杉浦悠紀，田口和己，濱本周造，吉村政志，森勇介，郡健二郎，安井孝周
  • Organizer: 第30回 泌尿器科分子・細胞研究会
• [Remarks] 大阪大学 森勇介研究室
  • URL: http://cryst.eei.eng.osaka-u.ac.jp/
• [Remarks] ガチ！森ゆ研
  • URL: http://crystal.pwr.eng.osaka-u.ac.jp/gachi/
• [Remarks] 丸山美帆子博士 第1回兵庫・関西キャタピラーSTEM賞
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=kw6rpm6HZ2k&list=PLwAXbfivFg0jmiNqqgFLeQJpRB_i-UVln&index=5
• [Remarks] 丸山美帆子准教授が「第1回花王Crescent award」 を受賞
  • URL: https://www.eng.osaka-u.ac.jp/ja/topics/researchresult/10431/?fbclid=IwAR1tQxB22qN9vrguBhth9DaVBWZKePJfn-1q8hyGREpt956lK3eroWE3mw4