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2015 Fiscal Year Annual Research Report

生体膜構成脂質の機能を探る小分子の再発見と作用機構の解明

Research Project

Project/Area Number 25242073
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

村田 道雄  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40183652)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 梅川 雄一  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20587779)
土川 博史  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30460992)
松森 信明  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50314357)
花島 慎弥  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (50373353)
松岡 茂  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60456184)
Project Period (FY) 2013-05-31 – 2017-03-31
Keywordsコレステロール / 脂質二重膜 / 脂質ラフト / 小分子プローブ / 重水素固体NMR
Outline of Annual Research Achievements

本基盤研究Aでは、1)脂質ラフトなどのマイクロドメインに結合することによって生体膜における情報伝達機能を改変することのできる化合物を再発見し、2)ケミカルバイオロジーの領域を生体膜に拡張すると同時に、脂質研究に有用な小分子プローブを見いだして世に送り出すことを目的とし、3年間研究を実施した。その結果、すでに26件の学術論文として発表したように、当初の目標をおおよそ達成することができた。例えば、京大薬・東大農・理研との共同研究において、ステロール認識する環状ペプチドの脂質膜上における作用を精査して、本ペプチドの生理活性発現機構の解明につなげた。また、従来から研究を進めてきたアンフィジノールやアンフォテリシンBが有するステロール認識機構についても顕著な進捗を達成した。さらに、本基盤研究開始後に新たに始めた2つの研究課題におても当初の想定を上回る進捗を示している。すなわち、特殊な植物性サポニンが有するステロール相互作用を、有機合成化学や固体NMRの手法を取り入れることによって、解明することに成功しつつある。また、古細菌の膜脂質PGPMeのモデル化合物を利用して、周辺脂質が膜タンパク質の機能に及ぼす影響を構造面から解明する手法を確立した。すなわち、標識原子(重水素、セレン、臭素など)を位置特異的に脂質に導入することによって、固体NMRや結晶X線回折による周辺脂質の選択的観測を可能にした。この結果、膜における脂質の構造情報を多面的に取得する研究手法を開発することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

上述のように、本年度は更に研究を加速することによって、研究期間中に26件の学術論文を発表することができた。このなかには、ステロールと異なる形式で結合する4種の天然物に着目し、共同研究者とともに、その作用機構を明らかにすることができた。また、脂質と類似した生理活性小分子を有機合成化学に調製して作用機構解明に用いた。さらに、それらの同位体や蛍光色素による標識体を合成することによって、作用機構の解明が加速されることを示した。また、一部の化合物については、企業との共同研究や特許を通じて、世に出す段階に入っている。したがって、当初の目的をほぼ達成することができたと考える。このように、生体膜において情報伝達を改変する化合物を再発見し、その機能の解析を進めることを通じて、タンパク質とその周辺脂質について理解を深めることができた。

Strategy for Future Research Activity

今までの研究遂行の過程で、今後の研究の方向として、タンパク質との相互作用を指標とした小分子プローブ探索の方が効率がよいと確信した。そこで、本基盤研究Aで得られた知見をもとに、研究期間1年を残す現時点で、多少異なる方向に研究を展開した方が、当初の研究目標を内包して、より大きな発展につながると考えるに至った。この方針に沿って、基盤研究Sを申請中であり、採択されるた場合は、基盤Sにおいて、本基盤研究の成果を引き継いで行く予定である。
基盤Sの採否に拘わらず、脂質-タンパク質および脂質同士の相互作用について、構造生物学的なアプローチで研究を進めることによって、脂質の特異的認識に関わる分子機構の正確な理解に結び付ける。これには、膜脂質自体の精密構造解析と計算機化学的なアプローチが必要となるので、ケミカルバイオロジー的手法に加えて、構造生物学研究・生物物理的手法を動員することによって、より重要な研究成果につなげたい。

  • Research Products

    (43 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 12 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Abo Academi University(フィンランド)

    • Country Name
      FINLAND
    • Counterpart Institution
      Abo Academi University
  • [Int'l Joint Research] De La Salle University(フィリピン)

    • Country Name
      PHILIPPINES
    • Counterpart Institution
      De La Salle University
  • [Journal Article] Water-mediated recognition of simple alkyl chains by hert-type fatty acid-binding protein.2015

    • Author(s)
      Matsuoka, S., Sugiyama, S., Matsuoka, D., Hirose, M., Lethu, S., Ano, H., Hara, T., Ichihara, O., Kimura, S. R., Murakami, S., Ishida, H., Mizohata, E., Inoue, T. and Murata, M.
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed. Engl.

      Volume: 54 Pages: 1508-1511

    • DOI

      10.1002/anie.201409830

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Axial hydrogen at C7 position and bumpy tetracyclic core markedly reduce sterol’s affinity to amphotericin B in membrane.2015

    • Author(s)
      Nakagawa, Y., Umegawa, Y., Nonomura, K., Matsushita N., Takano, T., Tsuchikawa, H., Hanashima, S., Oishi, T., Matsumori, N. and Murata, M.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 54 Pages: 303-312

    • DOI

      10.1021/bi5012942

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Modification of bafilomycin structure to efficiently synthesize solid-state NMR probes that selectively bind to vacuolar-type ATPase.2015

    • Author(s)
      Shibata, H., Tsuchikawa, H., Hayashi, T., Matsumori, N., Murata, M. and Usui, T
    • Journal Title

      Chem. Asia. J.

      Volume: 10 Pages: 915-924

    • DOI

      10.1002/asia.201403299

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Sphingomyelin distribution in lipid rafts of artificial monolayer membranes visualized by Raman microscopy.2015

    • Author(s)
      Ando J., Kinoshita, M., Cui, J., Yamakoshi, H., Dodo, K., Fujita K., Murata M. and Sodeoka, M.
    • Journal Title

      Proc. Natl. Cad Sci. USA.

      Volume: 112 Pages: 4558-4563

    • DOI

      10.1073/pnas.1418088112

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Centerband-only analysis of rotor-unsynchronized spin-echo for measurement of lipid 31P chemical shift anisotropy.2015

    • Author(s)
      Umegawa, Y., Yamaguchi, T., Murata, M. and Matsuoka, S.
    • Journal Title

      Magn. Res. Chem.

      Volume: 53 Pages: 514-519

    • DOI

      10.1002/mrc.4247

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Deuterium NMR of raft model membranes reveals domain-specific order profiles and compositional distribution.2015

    • Author(s)
      Yasuda, T., Tsuchikawa, H., Murata, M. and Matsumori. N.
    • Journal Title

      Biophys. J.

      Volume: 106 Pages: 631-638

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2015.04.008

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Novel Raman-tagged sphingomyelin that closely mimics original raft-forming behavior.2015

    • Author(s)
      Cui, J., Matsuoka, S., Kinoshita, M., Matsumori, N., Sato, F., Murata, M., Ando, J., Yamakoshi, H., Dodo, K. and Sodeoka, M.
    • Journal Title

      Bioorg. Med. Chem.

      Volume: 23 Pages: 2989-2994

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2015.05.014

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Orientation and order of the amide group of sphingomyelin in lipid bilayers determined using solid-state NMR.2015

    • Author(s)
      Matsumori, N.,Yamaguchi, T., Maeta, Y. and Murata. M.
    • Journal Title

      Biophys. J.

      Volume: 108 Pages: 2816-2824

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2015.05.011

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Role of polyol moiety of amphotericin B in ion channel formation and sterol selectivity in bilayer membrane.2015

    • Author(s)
      Yamamoto, T., Umegawa, Y., Tsuchikawa, H., Matsumori, N., Hanashima, S., Murata, M., Haser, R., Rawlings, B. J., Caffrey, P.
    • Journal Title

      Bioorg. Med. Chem.

      Volume: 23 Pages: 5782-5788

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2015.07.009

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stereoselective synthesis of head group of archaeal phospholipid PGP-Me for investigating bacteriorhodopsin-lipid interactions.2015

    • Author(s)
      Cui, J., Kawatake, S., Umegawa, Y., Lethu, S., Matsuoka, S., Sato, F., Matsumori, N., and Murata, M.
    • Journal Title

      Org. Biomol. Chem.

      Volume: 13 Pages: 10279-10284

    • DOI

      10.1039/C5OB01252J

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Formation of gel-like nanodomains in cholesterol-containg sphingomyelin or phosphatidylcholine membrane as examined by fluorescence lifetimes and 2H NMR spectra.2015

    • Author(s)
      Yasuda, T., Matsumori, M.,Tsuchikawa, H., Lonnfors, M., Nyholm, T. K. M., Slotte, J. S., and Murata, M.
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 31 Pages: 13783-13792

    • DOI

      10.1021/acs. langmuir.5b03566

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Bioactive structure of membrane lipids and natural products elucidated by a chemistry-based approach.2015

    • Author(s)
      Murata, M., Sugiyama, S., Matsuoka, S., Matsumori, N.
    • Journal Title

      The Chemical Record

      Volume: 15 Pages: 675-690

    • DOI

      10.1002/tcr.201402097

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] アンフォテリシンBのチャネル形成機構解明を目指した構造活性相関研究2016

    • Author(s)
      山本智也、梅川雄一、土川博史、松森信明、花島慎弥、村田道雄、Resul Hauser、Bernard J. Rawlings、Patrick Caffrey
    • Organizer
      日本薬学会 第136回年会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-03-26 – 2016-03-29
    • Invited
  • [Presentation] Stereoselective Construction of 6,5,5-tricyclic bisspiroacetal structure specific to spirolides.2016

    • Author(s)
      YASUKAWA, Yoshifumi; TSUCHIKAWA, Hiroshi; MURATA, Michio
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] 重水素標識スフィンゴ糖脂質の合成と生体モデル膜における固体NMR 解析2016

    • Author(s)
      南角 拓実・花島 慎弥・村田 道雄
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Microdomain formation in sphingomyelin antipode-containing membrane for investigating lipid-lipid interactions2016

    • Author(s)
      YANO, Yo; HANASHIMA, Shinya; TSUCHIKAWA, Hiroshi; YASUDA, Tomokazu; KINOSHITA, Masanao; MATSUMORI, Nobuaki; MURATA, Michio; SUZUKI, Kenichi; KUSUMI, Akihiro
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] 固体NMRによる配座解析を目指したフッ素標識化バフィロマイシンの合成と生物活性評価2016

    • Author(s)
      林 達・柴田 一・土川 博史1・村田道雄・臼井 健郎
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] 脂質ラフトにおけるスフィンゴミエリン頭部の動的挙動解析のための重水素標識体の合成2016

    • Author(s)
      村上 量弘・花島 慎弥・土川 博史・松森 信明・村田 道雄
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] 極長鎖スフィンゴミエリンの脂質モデル膜に与える影響と相挙動解析2016

    • Author(s)
      森内 舞・土川 博史・花島 慎弥・安田 智一・村田 道雄・松森 信明・Slotte J. Peter
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] 水和脂質二重膜の固体NMR 測定のための化学シフト温度計の開発2016

    • Author(s)
      下西 剛史・梅川 雄一、花島 慎弥、土川 博史、村田 道雄
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] スピロリドCの効率的合成を目指した2-シリル置換ジエン基質による選択的Diels-Alder 反応の開発2016

    • Author(s)
      南野 宏・土川博史・林 翔・村田道雄
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] ガングリオシドGM1 およびスフィンゴミエリンが共存するリン脂質膜におけるドメイン形成の蛍光イメージング解明2016

    • Author(s)
      高田 美沙・花島 慎弥・土川 博史・安田 智一・村田 道雄・木下 祥尚・松森 信明・安藤 弘宗・木曽 真・鈴木 健一・楠見 明弘・J. Peter Slotte
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] スフィンゴミエリンのアシル鎖における深度依存的な融解現象の観測2016

    • Author(s)
      門司 真美・土川 博史・花島 慎弥・安田 智一・村田 道雄・松森 信明・Slotte J. Peter
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Synthesis of purple membrane lipid PGP-Me for investigating bacteriorhodopsin-lipid interactions.2016

    • Author(s)
      YAMAGAMI, Masaki; JIN, Cui; TSUCHIKAWA, Hiroshi; UMEGAWA, Yuichi
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Sterol recognition mechanism of saponins deduced from membrane-permeabilizing activities and spectroscopic evidence.2016

    • Author(s)
      MALABED, Raymond; HANASHIMA, Shinya; MURATA, Michio; SAKURAI, Kaori
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Examination of a possible mechanism for the membrane translocation of the marine spongederived bioactive metabolite TNM-A.2016

    • Author(s)
      CORNELIO, Kimberly; MATSUMORI, Nobuaki; MURATA, Michio; NISHIMURA, Shinichi; KAKEYA, Hideaki; YOSHIDA, Minoru; MATSUNAGA, Shigeki
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Chemical Approach to Fishing New Binding Proteins with the Ladder shaped Polyether Yessotoxin.2016

    • Author(s)
      YEUNG, Clarisse1; TSUCHIKAWA, Hiroshi; HANASHIMA, Shinya; MATSUMORI, Nobuaki; MURATA, Michio
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Design and Synthesis of CD1d Ligands for Precise Binding Mode Investigation of Ligand-Bound CD1d.2016

    • Author(s)
      HOSSAIN, Md. Imran; HANASHIMA, Shinya; TSUCHIKAWA, Hiroshi; MURATA
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Characterization of the Binding Proteins with the Ladder-shaped Polyether, Yessotoxin, through Magnetic Beads Pull-Down Assay.2016

    • Author(s)
      YEUNG, Clarisse; HAYASHI, Kanako; KURNIATI, Dian; TSUCHIKAWA, Hiroshi; HANASHIMA, Shinya; MATSUMORI, Nobuaki; MURATA, Michio
    • Organizer
      The 8th Takeda Science Foundation Symposium on PharmaSciences
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2016-01-21 – 2016-01-22
  • [Presentation] Design and Synthesis of Heavy Atom Labelled GalCers for X-ray Co-crystalization with CD1d.2016

    • Author(s)
      Md. Imran Hossain, Shinya Hanashima, Hiroshi Tsuchikawa, Michio Murata,
    • Organizer
      The 8th Takeda Science Foundation Symposium on PharmaSciences
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2016-01-21 – 2016-01-22
  • [Presentation] Membrane Translocation of Marine Sponge-Derived Bicyclic Peptide Theonellamide-A is highly affected by Cholesterol.2016

    • Author(s)
      Kimberly Cornelio, Rafael Espiritu, Masanao Kinoshita, Nobuaki Matsumori
    • Organizer
      The 8th Takeda Science Foundation Symposium on PharmaSciences
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2016-01-21 – 2016-01-22
  • [Presentation] Role of the polyol moiety of amphotericin B in permeabilizing membrane.2015

    • Author(s)
      Tomoya Yamamoto, Yuichi Umegawa, Hiroshi Tsuchikawa, Nobuaki Matsumori, Shinya Hanashima, Michio Murata, Resul Haser, Bernard J. Rawlings, Patrick Caffrey
    • Organizer
      16th Tetrahedron Symposium Asia Edition
    • Place of Presentation
      上海
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design and Synthesis of Heavy Atom Labelled GalCers for X-ray Co-crystalization with CD1d.2015

    • Author(s)
      Md. Imran Hossain, Shinya Hanashima, Hiroshi Tsuchikawa, Michio Murata
    • Organizer
      16th Tetrahedron Symposium Asia Edition
    • Place of Presentation
      上海
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子間距離情報に基づくアンフォテリシンB-エルゴステロール相互作用様式の解析2015

    • Author(s)
      梅川 雄一、中川 泰男、松下 直広、土川 博史、花島 慎弥、大石 徹、松森 信明、村田 道雄
    • Organizer
      第57回天然有機化合物討論会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] 脂質-タンパク質間相互作用の解明を目指したバクテリオロドプシン脂質アナログの立体選択的合成2015

    • Author(s)
      Jin Cui、川竹悟史、梅川雄一、Sébastian Lethu 、松岡 茂、佐藤文憲、松森信明、村田道雄
    • Organizer
      第57回天然有機化合物討論会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] アンフォテリシンBチャネル複合体におけるポリオール部分の構造活性相関研究2015

    • Author(s)
      山本智也
    • Organizer
      第49回 天然物談話会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2015-07-02 – 2015-07-04
  • [Presentation] 重水素標識PGPMeの合成および固体NMRを用いたバクテリオロドプシン-PGPMe2015

    • Author(s)
      山上正輝
    • Organizer
      第49回 天然物談話会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2015-07-02 – 2015-07-04
  • [Presentation] 液胞型ATPアーゼに対する阻害機構解明を目指した多重標識化バフィロマイシンの合成研究2015

    • Author(s)
      林 達
    • Organizer
      第49回 天然物談話会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2015-07-02 – 2015-07-04
  • [Presentation] スフィンゴミエリン鏡像体で構成したラフトモデル膜の膜物性と脂質相互作用2015

    • Author(s)
      矢野 陽、花島慎弥、土川博史、村田道雄、 木下祥尚、松森信明、J Peter Slotte
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第10回年会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2015-06-10 – 2015-06-12
  • [Book] 大学院講義有機化学Ⅱ2015

    • Author(s)
      村田道雄
    • Total Pages
      456
    • Publisher
      東京化学同人
  • [Remarks] 村田研究室HP

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/murata/

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Published: 2017-01-06  

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