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2012 Fiscal Year Research-status Report

ほ乳類アスパラギン酸ラセマーゼの同定

Research Project

Project/Area Number 24590090
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionKitasato University

Principal Investigator

本間 浩  北里大学, 薬学部, 教授 (50190278)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
KeywordsD-アスパラギン酸 / ラセマーゼ / D-アミノ酸 / 組換えタンパク質 / siRNA
Research Abstract

高等動物の神経内分泌系や内分泌系には、D-アスパラギン酸(Asp)が高濃度に存在しており、ホルモンの合成や分泌に関与することが明らかになっている。これらの組織ではD-Aspを新規な機能分子とするバイオシステムが存在し、ホルモンのホメオスタシスに関わっていると考えられる。しかし、D-Aspの生合成経路はほとんど明らかになっていない。
これまでに、ほ乳類にD-セリン(Ser)の合成を担うラセマーゼが見出されたこと、下等動物(アカガイ)から特異的なAspラセマーゼがクローニングされ、Serラセマーゼと同じファミリーに属することなどが明らかにされたことから、我々はAspラセマーゼがその生合成を担っていると想定している。平成24年度には、1)候補クローンの組換えタンパク質を調製して解析を行うことと、2)我々が開発したHPLCシステムを用いて、ヒト(およびげっ歯類)の培養細胞株の中から、D-Asp合成能を有する細胞株を特定することを目標とした。
1)N末端にHisタグを有するヒトAspラセマーゼホモログを発現するプラスミド(hAspR/pRSET-B)を構築し、大腸菌内で発現する条件(培養温度、培養時間、発現誘導剤濃度、D,L-Aspの添加の有無などを変えた30通りの条件)を検討した。しかし、検討したすべての条件で、組換えタンパク質は不溶性の画分に回収され、以後精製することができなかった。今後、タグの位置や種類を変えての検討が必要と考えられる。2)ラット由来の細胞株であるPC12、GH3、NRKにおいてD-Aspが検出され、その含量はGH3>PC12>NRKの順で、D%はほぼ5~6%であった。ヒト由来の細胞株では、NEC8をはじめとする4種類の株にD-Aspが検出され、D%は1~14%と多様であった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒトAspラセマーゼホモログは、検討したすべての条件下で、大腸菌体内の不溶性画分に回収されてしまい、アフィニティークロマトグラフィーによる精製と、その後の酵素の諸性質の検討を行うことができなかった。今後、不溶化したタンパク質の尿素または塩酸グアニジンを用いた可溶化と透析による再生を考慮する必要があると考えられる。組換えタンパク質の不溶化は、そのタンパク質自身の性質に依存する場合が多いと考えられているため、組換えタンパク質を大腸菌体内で発現するというアプローチは難しいかもしれないが、今後、タグの種類や位置を変えた検討や酵母や昆虫細胞内での発現を検討する必要があると考えられる。
一方、ラットおよびヒト由来の細胞株で、D-Asp合成能を有すると考えられる株を特定することができた。これらの細胞株を用いて、ヒトAspラセマーゼホモログやその他の候補クローンの発現を解析し、D-Asp含量との関連の解析を進めていく予定である。また、当初の実験計画に基づいて、ヒトAspラセマーゼホモログおよびその他の候補クローンのsiRNAを安定的に発現する株を調製し、D-Asp生合成に関与する遺伝子クローンの特定へ向けて解析を進めていく予定である。平成24年度にD-Asp合成能を有する細胞株を複数特定できたことから、本研究が概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

D-Asp生合成酵素の活性発現に、翻訳後修飾や複数のタンパク質の物理的会合が必要な場合などでは、大腸菌内での組換えタンパク質の発現により生合成酵素を同定することは難しい。しかし、D-Aspを合成する細胞を用いて、候補遺伝子の発現を抑制してD-Aspの生成量が変化するかどうかを観察する方法は、遺伝子を同定するには有効なアプローチといえる。平成24年度に、D-Asp生合成能を有する細胞株を複数特定することができたが、今後は以下の実験計画を主に行っていく予定である。組換えタンパク質の発現に関する実験は補完的に行うこととする。すなわち、1)D-Aspを合成する培養細胞株において、合成酵素の候補遺伝子の発現量とD-Asp含量との相関関係を解析することと、2)D-Aspを合成する細胞株に候補遺伝子のsiRNAを発現するプラスミドを導入して安定発現株を取得し、D-Asp含量がどのように変化するかを解析する。D-Aspの定量は、我々が開発したHPLCシステムを用いる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成24年度では、2413円が基金分として繰越しとなったが、これは消耗品費としてちょうど残金が0円となるように支出できなかったためである。平成25年度においては、この金額を含めて消耗品費とし、研究計画にしたがって支出する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Spatiotemporal localization of D-amino acid oxidase and D-aspartate oxidase during development in Caenorhabditis elegans2012

    • Author(s)
      Y. Saitoh, M. Katane, T. Kawata, K. Maeda, M. Sekine, T. Furuchi, H. Kobuna, T. Sakamoto, T. Inoue, H. Arai, Y. Nakagawa and H. Homma
    • Journal Title

      Mol. Cell. Biol.

      Volume: 32 Pages: 1967-1983

    • DOI

      10.1128/MCB.06513-11

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Physiological functions of D-amino acids

    • Author(s)
      Homma H
    • Organizer
      Molecular Chirality Asia 2012
    • Place of Presentation
      Fukuoka
    • Invited
  • [Presentation] HPLC-蛍光検出法を用いたメチルアルギニン類の高感度定量法の開発

    • Author(s)
      野中聖子、関根正恵、角田 誠、本間 浩
    • Organizer
      第10回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
    • Place of Presentation
      京都
  • [Presentation] Protein L-isoaspartyl (D-aspartyl) O-methyltransferase (PIMT) の発現制御因子の探索

    • Author(s)
      古地壯光、原田 怜、立石 秀樹、清水由香里、伊藤耕平、片根真澄、関根正恵、太田安隆、本間 浩
    • Organizer
      第8回D-アミノ酸研究会学術講演会
    • Place of Presentation
      瀬田、滋賀県
  • [Presentation] 線虫の生殖におけるD-アミノ酸分解酵素の機能解析

    • Author(s)
      齋藤康昭、片根真澄、関根正恵、古地壯光、坂本太郎、井上貴雄、新井洋由、中川靖一、本間 浩
    • Organizer
      第8回D-アミノ酸研究会学術講演会
    • Place of Presentation
      瀬田、滋賀県
  • [Presentation] In silicoスクリーニングで同定したD-アミノ酸オキシダーゼ新規阻害剤のin vitroでの解析

    • Author(s)
      片根真澄、大坂奈央子、松田さつき、前田和洋、川田知紀、齋藤康昭、関根正恵、古地壯光、土井一生、広野修一、本間 浩
    • Organizer
      第8回D-アミノ酸研究会学術講演会
    • Place of Presentation
      瀬田、滋賀県
  • [Presentation] バーチャルスクリーニングに基づくD-アミノ酸オキシダーゼ新規阻害剤の同定とin vitroでの性質決定

    • Author(s)
      片根 真澄、大坂 奈央子、松田 さつき、前田 和洋、川田 知紀、齋藤 康昭、関根 正恵、古地 壯光、土井 一生、広野 修一、本間 浩
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] 線虫の寿命におけるD-アスパラギン酸オキシダーゼの機能解析

    • Author(s)
      齋藤康昭、片根真澄、関根正恵、古地壯光、坂本太郎、井上貴雄、新井洋由、中川靖一、本間 浩
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] HEK293細胞におけるD-Asp濃度調節機構の解析

    • Author(s)
      古地壯光、保母香純、奥田麻耶、金子雄介、関根正恵、片根真澄、太田安隆、本間 浩
    • Organizer
      日本薬学会第133年会
    • Place of Presentation
      横浜
  • [Presentation] 線虫D-アスパラギン酸オキシダーゼの寿命における役割

    • Author(s)
      齋藤康昭、片根真澄、関根正恵、古地壯光、坂本太郎、井上貴雄、新井洋由、中川靖一、本間 浩
    • Organizer
      日本薬学会第133年会
    • Place of Presentation
      横浜
  • [Remarks] 北里大学薬学部生体分子解析学教室ホームページ

    • URL

      http://www.pharm.kitasato-u.ac.jp/ac/SeitaiHP/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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