2023 Fiscal Year Annual Research Report

Bufadienolides, a snake defense substance: Investigation of the mechanism of dietary evolution.

Research Project

Project/Area Number	21H04714
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	森直樹京都大学, 農学研究科, 教授 (30293913)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	森哲京都大学, 理学研究科, 教授 (80271005) 木村泰久京都大学, 農学研究科, 准教授 (10415143) 中崎敦夫岩手大学, 理工学部, 教授 (00366428) 酒井敏行京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (20186993) 堀中真野京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80512037) 栗山長門静岡社会健康医学大学院大学, 社会健康医学研究科, 教授 (60405264)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2026-03-31
Keywords	ブファジエノライド / ヘビの防御物質 / 毒の蓄積
Outline of Annual Research Achievements	ヤマカガシ属ヘビが主食となる生物種を変える際、防御用の毒源もヒキガエルから陸棲ホタルへ移行し、餌由来のブファジエノライド（BDs）を防御物質として維持・再利用する現象を申請者らは明らかにした。この発見を基盤にして、ヤマカガシの①食性変化、②毒源の移行・蓄積に関わる因子、③BDsの生態的機能を化学、生化学、行動の視点から比較・解析し、食性進化のメカニズムを解明することが本研究の目的である。・本州、四国、九州におけるヒキガエル3種・亜種およびヤマカガシの BDs の組成を詳細に調査し、ヤマカガシから計 15 種の BDs の化学構造を明らかにした。独自に開発した多変量解析の結果、自然界でヤマカガシがヒキガエルから摂取した BDs 類を化学変換していることを明らかにした。・ヤマカガシにおける BDs 類の動態や生態学的な意義を明らかにするには、環境による影響を可能な限り排除した単一個体群での調査が必要であると結論した。・BDs の標品やヤマカガシ頸腺液のメタノール粗抽出物の毒性測定を、A549ヒト肺がん細胞を用いて評価する系を完成させた。・trans-BD の合成では、モデル基質を行いたニッケルボライドによる還元で5位が立体制御できることを見出した。また、ブテノリドから2-ピロンへの変換では、アルコキシドやアミドを塩基とする 2-ピロンへ変換法を新たに開発できた。前者では導入された2位の水酸基をPd触媒下で還元することで除去が可能と想定されるが、後者の生成物に置換したアミノ基の還元的除去法として光照射下の条件を試みたが、望みの反応が進行しないことが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍の影響で、当初予定した中国への出張が不可能になっている。しかしながら、日本においてヤマカガシとヒキガエルを用い、種々の研究が進行している。・本州、四国、九州のヤマカガシの BDs の組成を詳細に調査し、ヤマカガシから計 15 種の BDs の化学構造を明らかにした。本州、四国、九州のヒキガエル3種・亜種 BDs の組成と比較し、自然界でヤマカガシがヒキガエルから摂取した BDs 類を化学変換していることを明らかにした。・ヤマカガシでは、その遺伝的境界が山口県中部にあることが知られている。今回、ヤマカガシの BDs の詳細な分析の結果、遺伝的境界と同様に、「広島県、島根県、山口県東部」と「山口県西部、九州地方」で BDs 組成にも地域差が認められた。・ヤマカガシにおける BDs 類の動態や生態学的な意義を明らかにするには、環境による影響を可能な限り排除した単一個体群での調査が必要であることが分かった。・これまでに開発した強心ステロイドの合成法（J. Org. Chem. 2021, 86, 3605）を利用して渡環ラクトンをもつ鍵中間体を合成し、これを起点として trans-BD のデノボ合成を目指した。この鍵中間体やモデル基質を用いて C5-C6 位アルケンの還元条件を見出し、5位の立体制御に成功した。一方、11位水酸基の導入では、C環周辺の立体障害が大きいため、ヒドロホウ素化などの分子間反応による導入が難しいことがわかった。17位の2-ピロンの導入では、植物由来の強心ステロイド（カルデノリド）に置換している17位のブテノリドから2-ピロンへの変換反応の開発を試みた。その結果、塩基として使用したアミドが導入された2-ピロンが中程度の収率で得られ、2-ピロン導入法を確立した。
Strategy for Future Research Activity	・ヤマカガシにおける BDs 類の動態や生態学的な意義を明らかにするには、環境による影響を可能な限り排除した単一個体群での調査が必要であると結論した。今後は、岐阜県と福井県の間に位置する森林地帯の個体群を用いて、ヤマカガシの BDs 類の変換能力を精査する。・特に、メスとオスの差、メスの場合には妊娠時期のメスと非妊娠時期のメスの BDs 類の蓄積状況に注目し、BDs 類の蓄積の生態学的意義の解明を試みる。A549ヒト肺がん細胞を用いた BDs 代謝物の毒性評価も併せて実施する。・コロナ禍の収束を受けて、中国出張を再開する。中国のヤマカガシ（イツウロコヤマカガシ）を用いた行動実験、毒の取り込み実験、餌認識物質の同定を目指した研究を実施する。・工程数・時間とも要する恐れもあるが、今後は、これまでに開発した合成法（J. Org. Chem. 2021, 86, 3605）で得た渡環ラクトンをもつ鍵中間体から trans-BD のデノボ合成を行う。特に、11位水酸基の導入には 19位の酸素官能基を利用する計画である。一方、鍵中間体の量的供給に時間を要するため、prednisone（市販のステロイド）を出発原料として用いる trans-BD の合成を同時並行で行う。この原料は合成に必要な官能基を各環に持っていることから、以前使用していた digitoxigenin よりも優れた原料と想定した。また、17位の2-ピロンの導入は独自に開発するのに多くの時間を要していることから、既に報告されている井上らの方法（Org. Lett. 2020, 22, 8652）を利用して導入する。