2023 Fiscal Year Research-status Report
Molecular mechanism of sugar-sensing in the body
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22K06830
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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 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (20532980)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 糖センサー / イオンチャネル / 糖トランスポーター / 電気生理学 / 希少糖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では動物の体内糖センサーとして機能している分子の糖受容機構を電気生理学的に解析し、動物の摂食行動制御の解明、糖尿病治療への応用や新規の糖センサー分子、甘味物質の開発へつなげる。また香川大学で研究が進められている複数の希少糖も解析に用い、これらの糖の新たな生理作用の解明や利用に広げていく。今年度は糖センサー分子の中で以下の2つの分子についてアフリカツメガエル卵母細胞を用いて解析を行った。
ヒトSGLT3（ナトリウム・グルコーストランスポーター3）；他のSGLTと異なり、糖に反応して陽イオンを輸送するが、糖そのものは輸送しないと報告されている。このことから体内では神経系などで糖センサーとして機能し、行動や食欲を制御していると考えられている。今年度はSGLT3（糖センサー）と他のSGLT（糖輸送体）とのアミノ酸配列の違いに着目して変異体の解析を行い、SGLT3の糖センサー機能やイオン選択性に関する分子レベルでの情報を得た。
BmGr-9；昆虫由来のD-フラクトースに応答する4量体型陽イオンチャネルで、D-フラクトースのセンサーと考えられている。糖に対する分子基盤の解析は新規分子ツールの開発、環境分野への利用につながる。前年度までに以下を同定した。①糖結合部位の変異体でD-フラクトースによる電流を発生しないもの ②糖結合部位近傍の変異体でD-フラクトースに以外の糖に反応するもの ③チャネルポアの変異体でD-フラクトースによる電流を発生しないもの ④チャネルポアの変異体でD-フラクトース以外の糖に反応するもの 今年度はこれらの変異体についてさらに糖選択性、糖による反応性を解析した。またこの4量体分子のそれぞれのサブユニットを、野生型および変異体を組み合わせて発現できる系を作成した。これらを複数の組み合わせで解析することにより、糖が結合からチャネルが開くまでの過程の解明を進めている。
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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
アフリカツメガエル卵母細胞でそれぞれの膜タンパク質を発現させ、電気生理学的解析を行った。
SGLT3；糖を輸送しないと報告されているSGLT3のアミノ酸457番はグルタミン酸(E)である。これに対して、糖輸送能を持つSGLT1などでは457番はグルタミン(Q)である。この残基の違いにより、糖輸送能などの機能の違いが生じると考えられる。そこでSGLT3 E457Q（SGLT1型）を作成、解析したところイオン選択性、pH依存性などにおいてSGLT1に近い特徴を示した。一方SGLT1 Q457E（SGLT3型）はイオン選択性、pH依存性などにおいてSGLT3に近い特徴を示した。以上の結果はSGLT3の糖センサー機能においてE457が重要な役割を担っていることを示唆している。また、蛍光分子観測法を用いて糖により引き起こされる分子構造変化の検討を開始した。
BmGr-9；前年度同定した、糖結合部位近傍のD-フラクトースに以外の糖に反応する変異体、およびチャネルポアのD-フラクトース以外の糖に反応する変異体について糖選択性を解析した結果、それぞれ野生型が反応しないL-ソルボースなど複数の糖に対して反応した。またこれら２種類の変異体は異なる糖反応性を示した。次に４量体のサブユニット変異体の解析を行った。４サブユニットのうち２個が野生型、２個が糖結合部位のD-フラクトースによる電流が消失する変異体ではD-フラクトースによる電流が検出された。また２個が野生型、２個がチャネルポアのD-フラクトースによる電流が消失する変異体でもD-フラクトースによる電流が検出された。これらの結果は４個のサブユニットのうち２個にD-フラクトースが結合するとイオンチャネルが開くこと、また２個のチャネルポアが機能していればイオンチャネルが開くことを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
SGLT3；アミノ酸457番の糖輸送における役割、つまりこのアミノ酸のみで糖センサーか糖輸送体か決定されるのかを明らかにする。そのためSGLT3 E457Q（SGLT1型）、またはSGLT1 Q457E（SGLT3型）を発現した卵母細胞をラベル体グルコースで処理し、取り込みを解析する。SGLT3 E457Q（SGLT1型）によるグルコースの取り込みが確認されれば他の糖についても取り込みを解析する。また、引き続き蛍光分子観測法により糖結合部位、イオン透過部位などを形成するアミノ酸の移動を解析し、糖により引き起こされる構造変化を明らかにしていく。以上の解析から、糖センサーと糖輸送体の反応の違いを分子レベルで明らかにする。
BmGr-9；引き続き複数の変異体の解析から、①糖が結合し、②糖結合部位近傍の構造が変化してチャネルポアへ伝わり、③チャネルポアが開いて電流を発生する、というそれぞれのステップについて解析を行う。電気生理学解析の結果と分子モデリングにより糖の結合からイオン電流発生までの構造変化を明らかにしていく。またL-ソルボースなどD-フラクトース以外の糖によりイオン電流を発生する変異体について、その特性を解析する。同じアミノ酸残基における変異体でも変異するアミノ酸により反応性にバリエーションがあると考えられる。複数の変異体が異なった糖反応性を示せば、それを元にした糖センサー開発につながる可能性がある。
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| Causes of Carryover |
2023年度、消耗品等については単年度予算である学内研究費を優先的に使用したため科研費については残額が生じた。2024年度は本申請の最終年度に当たり、研究を完結させるため消耗品、備品を購入予定である。また学会発表を積極的に行い、論文投稿も予定している。実験に必要な物品、旅費、論文準備費用はいずれも価格が高騰している。特に論文準備の英文校正、投稿、掲載費用には高額の予算が必要である。予算は以上の支出に使用する予定である。
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