Chemical signals of synthetic nutrient conjugates

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 17H06408
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 上杉 志成 京都大学, 化学研究所, 教授 (10402926)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹本 靖 京都大学, 化学研究所, 助教 (50453543)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥76,180,000 (Direct Cost: ¥58,600,000、Indirect Cost: ¥17,580,000); Fiscal Year 2021: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2020: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2019: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2018: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2017: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
• Keywords: ケミカルバイオロジー / 化合物ライブラリー

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、天然物と合成化合物の中間にあたる「人工栄養素結合体」という新しい分野を開拓することである。天然物である栄養素の複数を網羅的に化学結合させた人工栄養素結合体のライブラリーを化学合成し、さまざまな細胞アッセイでスクリーニングする。活性のある結合体のメカニズムを解析し、化学コミュニケーションを理解する。
本研究は３段階ですすめている。①人工栄養素結合体ライブラリーの作成、②細胞ベーススクリーニング、③作用メカニズムと化学シグナルの解析である。2017年度までに、①人工栄養素結合体ライブラリーの作成を完結させた。2018年度は、②細胞ベーススクリーニングにすすんだ。二種のスクリーニングを完結させた。
ひとつは、エネルギー代謝を変調する化合物の探索である。様々な代謝のシグナルは、脂質生合成の司令塔であるSREBPという転写因子に影響を及ぼす。その結果、SREBP転写因子の活性化を阻害する化合物を複数同定した。そのうちのＤＨＧと名づけた化合物について、作用メカニズムと化学シグナルの解析を先行して行った。作用標的の解析の結果、ＤＨＧはグルコーストランスポーターを直接阻害し、細胞内のＡＴＰ濃度を下げ、ＡＭＰＫが活性化する。その結果、ＳＲＥＢＰがリン酸化されて阻害されると考えられる。
もうひとつは、免疫を賦活する化合物の探索である。スクリーニングの結果、マクロファージ細胞や樹状細胞でサイトカインの産生を促進する化合物を同定した。このＦ１Ｄと名づけた化合物やその類縁体について、作用メカニズムと化学シグナルの解析にすすんだ。解析の結果、Tool Like Receptorが標的であることが判明した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

人工栄養素結合体ライブラリー免疫を賦活する化合物を作成し、そこからエネルギー代謝のシグナルを変調するＤＨＧと免疫を賦活するＦ１Ｄという二つの生理活性分子の発見に成功した。標的タンパク質の同定は概して困難だが、2018年度はこれらの標的タンパク質を先行して同定した。順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

2019年度は、③作用メカニズムと化学シグナルの解析を引き続き行う。主に、ＤＨＧとＦ１Ｄと名づけた化合物についてメカニズム解析を行う。ひとつは、エネルギー代謝を変調するＤＨＧ化合物についての解析。2018年度に行った予備解析の結果、ＤＨＧはグルコーストランスポーターを直接阻害し、細胞内のＡＴＰ濃度を下げ、ＡＭＰＫが活性化する。その結果、ＳＲＥＢＰがリン酸化されて阻害されると考えられる。この化学シグナルは、糖がなければ脂質を生合成しないというシグナルの一つ。2019年度はその詳細を解析する。また、ＤＨＧをマウスに経口投与するとグルコースの腸管吸収を阻害し、血糖値を下げると期待される。共同研究で動物実験も合わせて行う。
もうひとつは、免疫を賦活するＦ１Ｄの解析。マクロファージ細胞や樹状細胞でサイトカインの産生を促進する化合物を同定した。2018年度に行った予備解析の結果、Tool Like Receptorが標的であることが判明した。2019年度は、ノックアウト細胞の実験や生化学的実験により、どのTool Like Receptorが直接の標的であるかを確認する。Ｆ１Ｄはこれまでに知られているTool Like Receptorのリガンドとは構造式が全く異なる。胆汁酸とアミノ酸の誘導体であり、胆汁酸の誘導体が免疫に関連している可能性がある。様々な胆汁酸誘導体を合成し、構造活性相関を得る。それにより、内因性のリガンドを発見できる可能性がある。また、マウスでワクチンアジュバントとして機能する可能性がある。共同研究で動物実験も合わせて行う。

Research Products

• [Journal Article] Multifunctionalization of Cells with a Self-Assembling Molecule to Enhance Cell Engraftment (2019)
  • Author(s): Takashima Ippei、Kusamori Kosuke、Hakariya Hayase、Takashima Megumi、Vu Thi Hue、Mizukami Yuya、Noda Naotaka、Takayama Yukiya、Katsuda Yousuke、Sato Shin-ichi、Takakura Yoshinobu、Nishikawa Makiya、Uesugi Motonari
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 14 Pages: 775-783
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Concise synthesis of 23-hydroxylated vitamin D3 metabolites (2019)
  • Author(s): Kawagoe Fumihiro、Sugiyama Toru、Yasuda Kaori、Uesugi Motonari、Sakaki Toshiyuki、Kittaka Atsushi
  • Journal Title: J. Steroid Biochem. Mol. Biol. Volume: 186 Pages: 161-168
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2018.10.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hes1 plays an essential role in Kras-driven pancreatic tumorigenesis (2019)
  • Author(s): Nishikawa Y、Kodama Y、Shiokawa M、Matsumori T、Marui S、Kuriyama K、Kuwada T、Sogabe Y、Kakiuchi N、Tomono T、Mima A、Morita T、Ueda T、Tsuda M、Yamauchi Y、Sakuma Y、Ota Y、Maruno T、Uza N、Uesugi M、Kageyama R、Chiba T、Seno H
  • Journal Title: Oncogene. Volume: in press Pages: 4283-4296
  • DOI: 10.1038/s41388-019-0718-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Effects of Fusicoccin upon Upregulation of 14-3-3-Phospholigand Interaction and Cytotoxic Activity (2018)
  • Author(s): Ohkanda Junko,Kusumoto Atsushi,Punzalan Louvy,Masuda Ryoma,Wang Chenyu,Parvatkar Prakash,Akase Dai,Aida Misako,Uesugi Motonari,Higuchi Yusuke,Kato Nobuo
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 24 Pages: 16066-16071
  • DOI: 10.1002/chem.201804428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment Array (2018)
  • Author(s): Mashimo, Y., Yoshioka, M., Tokunaga, Y., Fockenberg, C., Terada, S., Koyama, Y., Shibata-Seki, T., Yoshimoto, K., Sakai, R., Hakariya, H., Liu, L., Akaike, T., Kobatake, E., How, SE., Uesugi, M., Chen, Y., Kamei, KI.
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: -
  • DOI: 10.3791/57377
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A robust split-luciferase-based cell fusion screening for discovering myogenesis-promoting molecules (2018)
  • Author(s): Li, Q., Yoshimura, H., Komiya, M., Tajiri, K., Uesugi, M., Hata, Y., Ozawa, T.
  • Journal Title: The Analyst Volume: 143 Pages: 3472-3480
  • DOI: 10.1039/c8an00285a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Live-cell imaging of multiple endogenous mRNAs permits the direct observation of RNA granule dynamics (2018)
  • Author(s): Yatsuzuka Kenji、Sato Shin-ichi、Pe Kathleen Beverly、Katsuda Yousuke、Takashima Ippei、Watanabe Mizuki、Uesugi Motonari
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Pages: 7151-7154
  • DOI: 10.1039/c8cc03805h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small-molecule screening yields a compound that inhibits the cancer-associated transcription factor Hes1 via the PHB2 chaperone. (2018)
  • Author(s): Perron A, Nishikawa Y, Iwata J, Shimojo H, Takaya J, Kobayashi K, Imayoshi I, Mbenza NM, Takenoya M, Kageyama R, Kodama Y, Uesugi M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 印刷中 Pages: 8285-8294
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.002316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical decontamination of iPS cell-derived neural cell mixtures (2018)
  • Author(s): Mao Di、Chung Xie Khim Watson、Andoh-Noda Tomoko、Qin Ying、Sato Shin-ichi、Takemoto Yasushi、Akamatsu Wado、Okano Hideyuki、Uesugi Motonari
  • Journal Title: Chem Commun (Camb). Volume: 54 Pages: 1355-1358
  • DOI: 10.1039/c7cc08686e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: 2019 Queenstown Molecular Biology (QMB) Meetings in Shanghai
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生理活性合成化合物の新しい世界 (2019)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第42回白金シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Synthetic Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: 2nd SPIRITS Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 1st International Symposium on the Chemical Communications (ISCC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Special Seminar, Nanjing University
  • Invited
• [Presentation] Nutrient-Oriented Peptide Library as a Source of Energy Metabolism Modulators (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: 10th International Peptide Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: A3 Lecture, Zhejiang University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] エネルギー代謝を制御する小分子化合物 (2018)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第4回Neo Vitamin D Workshop
  • Invited
• [Presentation] Synthetic Molecules for Cell Biology and Cell Therapy (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: BOSS XVI - 16th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Small Molecules That Control Lipid Homeostasis (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 24th IUBMB and 15th FAOBMB Congress
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 25‐hydroxyvitamin D and Lipid Metabolism (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 21st Workshop on Vitamin D
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脂質代謝ケミカルバイオロジー (2018)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第91回 日本内分泌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] New Opportunities of Synthetic Bioactive Molecules (2018)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: POSTECH Seminar
  • Invited
• [Presentation] Synthetic Small-Molecule Tools for Cell Biology (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: RIKEN-Max Planck Joint Research Center for Systems Chemical Biology The 6th Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞を操る合成化合物 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第27回 万有福岡シンポジウム 革新的新薬・新物質の創製 今こそ有機化学の力を結集せよ
  • Invited
• [Presentation] Chemical Biology Research: Basics and Examples (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: Amgen Scholars Program Seminar
  • Invited
• [Presentation] ケミカルバイオロジーが拓く研究と教育の世界 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 長野県科学教育研究大会
  • Invited
• [Presentation] ビタミンＤによる脂質代謝調節 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第６４回日本栄養改善学会学術集会 日本栄養改善学会・日本ビタミン学会合同シンポジウム 「ビタミン・ミネラル研究の最前線」
  • Invited
• [Presentation] Chemical Biology Research: Basics and Examples (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: Special Lecture, UST Biochemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chemical Biology Research: Basics and Examples (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: Special Lecture, University of the Philippines, Diliman
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 面白いの法則 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 早稲田大学講演
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操る合成化合物 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 平成29年度秋季（後期）有機合成化学講習会
  • Invited
• [Presentation] Synthetic Small-Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: AFPS2017 Integration, Improvement and Innovation toward Targeted Drug Discovery
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthetic Small-Molecule Tools for Cell Biology (2017)
  • Author(s): Uesugi, M.
  • Organizer: The Second A3 Roundtable Meeting on Asia Chemical Probe Research Hub
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthetic Molecules for Detecting and Eliminating Human Pluripotent Stem Cells (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 日本薬物動態学会第32回年会
  • Invited
• [Presentation] 生理活性合成化合物の新しい世界 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 平成29年度クラスター・概算合同シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 脂質合成を遮断する小分子化合物 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 日本農芸化学会大会2018
  • Invited
• [Presentation] 「おもしろい」の３法則 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 平成29年度PRIME会議「画期的医薬品等の創出をめざす脂質の生理活性と機能の解明」研究開発領域
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操る合成化合物 (2017)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第5回 Medical Frontier Consortium beyond the Organcentric Dogma
  • Invited
• [Remarks] 京都大学化学研究所上杉研究室
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~uesugi/ja/index.php
• [Remarks] 京都大学化学研究所・iCeMS上杉研究室
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~uesugi/
• [Patent(Industrial Property Rights)] Nutrient Conjugates (2019)
  • Inventor(s): 上杉志成、古田智行、西川元也
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-007537
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 免疫を賦活化する自己集合体 (2018)
  • Inventor(s): 上杉志成、フエ・ティ・ブー、吉田大樹、山崎晶、島根徹
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-161582
  • Filing Date: 2018