Controlling protein/cell biofunction by chemical introduction of glycans

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26560438
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 小椋 章弘 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (70707843)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 糖鎖 / ネオ糖タンパク質 / in vivo蛍光イメージング / ターゲティング / 生体内合成

Outline of Annual Research Achievements

前年度に確立した人工糖タンパク質合成法を用いて、各種糖鎖を表面に有する人工糖タンパク質を合成した。これを腫瘍モデルマウスに注射して前年度と同様の近赤外蛍光イメージング法を用いて評価したところ、末端にシアル酸を特定の結合様式で持つ糖鎖の場合に腫瘍への顕著な集積を確認することが出来た。糖鎖は単独では受容体との相互作用が弱いことが知られているが、集積させることで標的細胞への親和性を著しく高め、腫瘍のターゲティングを可能にしたものと考えられる。
続いて本人工糖タンパク質合成法を、複数種の糖鎖を任意の割合で含む人工糖タンパク質合成法へと拡張した。異なる糖鎖を結合させる試薬を順次作用させる手法と、複数の糖鎖を同一ユニットにまとめた後にタンパク質に導入する手法の２つを開発した。この手法で得られた人工糖タンパク質の動態を生きたままの動物内で追跡したところ、単一の糖鎖をもつ人工糖タンパク質と比較して、糖鎖の導入順序や割合によって腸管からの排出速度が著しく向上することを見出した。生体内での糖鎖の認識にあたっては、糖鎖の種類だけでなく位置関係も重要な因子であることを示した。
さらに合成した人工糖タンパク質に金属触媒を担持することで、生きている動物の中の狙った場所で有機合成反応を起こすことを試みた。モデル反応として人工糖タンパク質に担持した金触媒によるプロパルギルエステルのアミド交換反応を行ったところ、細胞表層のタンパク質リジン残基に対して選択的に蛍光基を導入することが出来た。本知見は生体内の狙った場所で遷移金属触媒反応を実践した初めての例であり、ドラッグデリバリーシステムへの応用が期待できる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カザン大学(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: カザン大学
• [Journal Article] Sequential Double “Clicks” Toward Structurally Well-defined Heterogeneous N-Glycoclusters: The Importance of Cluster Heterogeneity on Pattern Recognition In Vivo (2017)
  • Author(s): Latypova, L.; Sibgatullina, R.; Ogura, A.; Fujiki, K.; Khabibrakhmanova, A.; Tahara, T.; Nozaki, S.; Urano, S.; Tsubokura, K.; Onoe, H.; Watanabe, Y.; Kurbangalieva, A.; Tanaka, K.
  • Journal Title: Adv. Sci. Volume: 4 Pages: 1600394
  • DOI: 10.1002/advs.201600394
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In vivo gold complex catalysis within live mice (2017)
  • Author(s): Tsubokura, K.; Vong, K. K. H.; Pradipta, A. R.; Ogura, A.; Urano, S.; Tahara, T.; Nozaki, S.; Onoe, H.; Nakao, Y.; Sibgatullina, R.; Kurbangalieva, A.; Watanabe, Y.; Tanaka, K.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 56 Pages: 3579-3584
  • DOI: 10.1002/anie.201610273
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Total Synthesis and Structural Revision of Clavilactone D (2017)
  • Author(s): Takao, K.; Nemoto, R.; Mori, K.; Namba, A.; Yoshida, K. Ogura, A.
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 23 Pages: 3828-3831
  • DOI: 10.1002/chem.201700483
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In Vivo Imaging of Advanced Glycation Endo Products (AGEs) of Albumin: First Observation of Significantly Reduced Clearance and Liver Deposition Properties in Mice (2016)
  • Author(s): Tsutsui, A.; Ogura, A.; Tahara, T.; Nozaki, S.; Urano, S.; Kitazume, S.; Hara, M.; Kojima, S.; Kurbangalieva, A.; Onoe, H.; Watanabe, Y.; Taniguchi, N.; Tanaka, K.
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 14 Pages: 5755-5760
  • DOI: 10.1039/C6OB00098C
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Exploring the glycan interaction in vivo: Future prospects of neo-glycoproteins for diagnostics (2016)
  • Author(s): Ogura, A.; Kurbangalieva, A.; Tanaka, K.
  • Journal Title: Glycobiology Volume: 26 Pages: 804-812
  • DOI: 10.1093/glycob/cww038
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Glycan multivalency effects toward albumin enable N-glycan-dependent tumor targeting (2016)
  • Author(s): Ogura, A.; Tahara, T.; Nozaki, S.; Onoe, H.; Kurbangalieva, A.; Watanabe, Y.; Tanaka, K.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett. Volume: 26 Pages: 2251-2254
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2016.03.046
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Synthetic Studies of Callophycoic Acid A (1) (2017)
  • Author(s): Akihiro Sakama、Akihiro Ogura、Ken-ichi Takao
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [Presentation] カロフィコ酸Aの全合成研究(2) (2017)
  • Author(s): 住田 渉、坂間 亮浩、小椋 章弘、高尾 賢一
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [Presentation] クラビラクトンDの全合成および構造訂正 (2017)
  • Author(s): 森 健斗、小椋 章弘、高尾 賢一
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [Presentation] In Vivo Pattern Recognition by Heterogeneous N-glycoclusters: Controlling Excretion and Tumor Targeting (2017)
  • Author(s): Regina Sibgatullina、Liliya Latypova、Katsumasa Fujiki、Akihiro Ogura、Sayaka Urano、Tsuyoshi Tahara、Satoshi Nozaki、Yasuyoshi Watanabe、Almira Kurbangalieva、Katsunori Tanaka
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [Presentation] カロフィコ酸Aの全合成研究 (2016)
  • Author(s): 坂間 亮浩、吉田 圭佑、小椋 章弘、高尾 賢一
  • Organizer: 第72回有機合成化学協会関東支部（新潟）シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟薬科大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2016-11-26 – 2016-11-27
• [Presentation] 不均一糖鎖クラスターの生体内パターン認識による体内排出、およびがんターゲティングの選択性 (2016)
  • Author(s): Regina Sibgatullina、Liliia Latypova、藤木 勝将、小椋 章弘、田原 強、野崎 聡、浦野 清香、尾上 浩隆、渡辺 恭良、Almira Kurbangalieva、田中 克典
  • Organizer: 第35回日本糖質学会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザかるぽーと（高知県・高知市）
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [Presentation] 蛍光イメージング法によるアルブミンAGEの体内動態 (2016)
  • Author(s): 筒井 歩、小椋 章弘、田原 強、野崎 聡、浦野 清香、尾上 浩隆、渡辺 恭良、谷口 直之、田中 克典
  • Organizer: 第35回日本糖質学会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザかるぽーと（高知県・高知市）
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [Remarks] 糖鎖クラスター修飾で分子の生体内挙動を制御する
  • URL: http://www.chem-station.com/blog/2016/04/visualizingtrimming.html
• [Remarks] 糖鎖は不均一であることが重要―糖鎖特有の分子認識機構をマウスで解明―
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2016/20161128_1/