Development of advanced speciation for the matabolism of biometals

• Project Area: Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
• Project/Area Number: 19H05772
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 小椋 康光 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (40292677)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥82,420,000 (Direct Cost: ¥63,400,000、Indirect Cost: ¥19,020,000); Fiscal Year 2022: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000); Fiscal Year 2021: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000); Fiscal Year 2020: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000); Fiscal Year 2019: ¥21,580,000 (Direct Cost: ¥16,600,000、Indirect Cost: ¥4,980,000)
• Keywords: スペシエーション / 高時間分解ICP-MS / レーザーアブレーション / AF4 / 一細胞分析 / ICP-MS / レーザーマイクロダイセクション / 水銀 / レーザーキャクチャマイクロダイセクション / セレン / 銅 / 腸内細菌叢 / 微量元素

Outline of Research at the Start

誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）は、元素分析のための質量分析計として、近年、生命科学分野への応用展開研究が模索されている。本研究では、ICP-MSを単に元素濃度の測定に利用することに留まらず、応用的な分析法を開発し、従来法では得ることの難しかった生命金属情報を得ることを目的としている。さらに、応用分析として高度化させた測定技術を領域内でも共有し、「生命の金属元素戦略」に貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）は、一般に元素分析のための質量分析計として主に半導体や環境分野の分析に利用されている機器であるが、近年、生命科学分野への応用展開研究が模索されている。生命科学分野でICP-MSを活用するには、単なる元素の定量分析計として利用するだけでなく、いくつかの応用分析法を導入することによって、得られる情報が飛躍的に増大する。本研究では、①生体内・細胞内での金属・元素の存在状態を明らかにするスペシエーション（化学形態別分析）、②組織内金属分布のイメージングを可能とするレーザーアブレーション法、③一細胞中の全元素を網羅的に測定するシングルパーティクル法を生命金属に特化し、高度化させて、従来法では得ることの難しかった生命金属情報を得ることを目的としている。さらに、高度化させた測定技術を領域内でも共有することにより、本領域の目指す「生命の金属元素戦略」に貢献することも目指す。
本年度は、上述の①～③について、以下のような成果を得た。
①従来のレーザーアブレーション法では、元素の存在量しか知ることができなかったが、レザーキャプチャマイクロダイセクション法を取り入れ、スペシエーションと組み合わせることにより、元素の化学形態まで知る方法の構築に着手した。②レーザーアブレーション法の定量性を向上させる方法を開発した。③従来法では、ほ乳類細胞の分析が難しかったが、新たな細胞導入法を開発し、評価を行った。
領域内連携では、主に細胞内の元素濃度を測定する技術を提供し、いくつかの共同研究成果を得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

レザーキャプチャマイクロダイセクション法とスペシエーションを組み合わせる方法では、化学形態の異なる水銀化合物を投与した際に、異なる生体内分子と相互作用することを確認できている。引き続き実験条件をbrush-upし、成果発表に繋げる。レーザーアブレーションの定量性向上に関する原著論文を公表した。一細胞分析における細胞種毎に導入効率が変わることを定量的に把握し、その成果を原著論文として公表した。この成果は国際共著論文である。

Strategy for Future Research Activity

レザーキャプチャマイクロダイセクション法とスペシエーションを組み合わせた方法の開発を引き続き行い、外来性の金属元素の測定に留まらず、内因性の必須金属での測定も行い、その応用性を評価する。上述の②と③を組み合わせた方法の開発を目指し、レーザーアブレーションによる臓器・組織レベルでの分析から一細胞レベルでの分析に応用が可能か評価を行う。また、新たな細胞導入系の開発についても引き続き行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Zhejian University(中国)
• [Int'l Joint Research] Valpariso University/Pontific. Cathol. Univ. Valpariso(チリ)
• [Int'l Joint Research] University of Oviedo(スペイン)
• [Int'l Joint Research] P.C. University of Valparaiso(チリ)
• [Int'l Joint Research] Zhejiang University/NanChang University(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Oviedo(スペイン)
• [Journal Article] Determination of spatial mercury concentration by laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry. (2021)
  • Author(s): M. Iwase, Y. Tanaka, N. Suzuki and Y. Ogra
  • Journal Title: J. Toxicol. Sci. Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 腸内環境におけるセレン摂取の栄養戦略 (2021)
  • Author(s): 小椋康光、髙橋一聡
  • Journal Title: 薬誌 Volume: -
  • NAID: 130008032750
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of the biliary selenium metabolite and the biological significance of selenium enterohepatic circulation (2020)
  • Author(s): Takahashi Kazuaki、Ogra Yasumitsu
  • Journal Title: Metallomics Volume: 12 Pages: 241-248
  • DOI: 10.1039/c9mt00274j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of metallothionein in transcriptional regulation by metal-responsive element-binding transcription factor 1 (2020)
  • Author(s): Y. Tanaka, Y. Futami, Y. Fukumoto, N. Suzuki and Y. Ogra
  • Journal Title: BPB Reports Volume: 3 Pages: 22-27
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detailed analyses of the crucial functions of Zn transporter proteins in alkaline phosphatase activation (2020)
  • Author(s): Suzuki Eisuke、Ogawa Namino、Takeda Taka-aki、Nishito Yukina、Tanaka Yu-ki、Fujiwara Takashi、Matsunaga Mayu、Ueda Sachiko、Kubo Naoya、Tsuji Tokuji、Fukunaka Ayako、Yamazaki Tomohiro、Taylor Kathryn M.、Ogra Yasumitsu、Kambe Taiho
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 295 Pages: 5669-5648
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.012610
  • NAID: 120006850466
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of gut microflora on nutritional availability of selenium (2020)
  • Author(s): Takahashi Kazuaki、Suzuki Noriyuki、Ogra Yasumitsu
  • Journal Title: Food Chem. Volume: 319 Pages: 126537-126537
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126537
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative assessment of cellular uptake and differential toxic effects of HgSe nanoparticles in human cells. (2020)
  • Author(s): L. Cid-Barrio, D. Bouzas-Ramos, A. Salinas-Castillo, Y. Ogra, J. Ruiz Encinar and J. M. Costa-Fern?ndez
  • Journal Title: J. Anal. At. Spectrom. Volume: 35 Pages: 1979-1988
  • DOI: 10.1039/d0ja00162g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantitative elemental analysis of a single cell using inductively coupled plasma-mass spectrometry in fast time-resolved analysis mode (2020)
  • Author(s): Yu-ki Tanaka, Risako Iida, Shohei Takada, Tetsuo Kubota, Michiko Yamanaka, Naoki Sugiyama, Yolande Abdelnour and Yasumitsu Ogra
  • Journal Title: ChemBioChem. Volume: 21 Pages: 3266-3272
  • DOI: 10.1002/cbic.202000358
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elucidation of tellurium biogenic nanoparticles in garlic, Allium sativum, by inductively coupled plasma-mass spectrometry. (2020)
  • Author(s): Y. Tanaka, S. Takada, K. Kumagai, K. Kobayashi, A. Hokura and Y Ogra
  • Journal Title: Journal of Trace Elements in Medicine and Biology Volume: - Pages: 126628-126628
  • DOI: 10.1016/j.jtemb.2020.126628
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Production of a Urinary Selenium Metabolite, Trimethylselenonium, by Thiopurine S-Methyltransferase and Indolethylamine N-Methyltransferase (2020)
  • Author(s): Yasunori Fukumoto, Hirotaka Yamada, Kemmu Matsuhashi, Wakaba Okada, Yu-ki Tanaka, Noriyuki Suzuki, and Yasumitsu Ogra
  • Journal Title: Chem. Res. Toxicol. Volume: 33 Pages: 2467-2474
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.0c00254
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A matricellular protein fibulin-4 is essential for the activation of lysyl oxidase (2020)
  • Author(s): Noda Kazuo、Kitagawa Kaori、Miki Takao、Horiguchi Masahito、Akama Tomoya O.、Taniguchi Takako、Taniguchi Hisaaki、Takahashi Kazuaki、Ogra Yasumitsu、Mecham Robert P.、Terajima Masahiko、Yamauchi Mitsuo、Nakamura Tomoyuki
  • Journal Title: Sci. Adv. Volume: 6
  • DOI: 10.1126/sciadv.abc1404
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systematic study of the selenium fractionation in human plasma from a cancer prevention trial using HPLC hyphenated to ICP-MS and ESI MS/MS. (2020)
  • Author(s): C.L. Ward-Deitrich, E. Whyte, C. Hopley, M. P. Rayman, Y. Ogra and H. Goenaga-Infante
  • Journal Title: Anal. Bioanal. Chem. Volume: 413 Pages: 331-344
  • DOI: 10.1007/s00216-020-02988-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 高時間分解ICP-MSによる単一細胞中の元素代謝の“見える化” (2020)
  • Author(s): 田中佑樹、小椋康光
  • Journal Title: ぶんせき Volume: - Pages: 455-459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 銅と腎 (2020)
  • Author(s): 田中佑樹、小椋康光
  • Journal Title: 腎臓内科 Volume: 11 Pages: 12-135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of metallothionein in transcriptional regulation by metal-responsive element-binding transcription factor 1. (2020)
  • Author(s): Y. Tanaka, Y. Futami, Y. Fukumoto, N. Suzuki and Y. Ogra
  • Journal Title: BPB Reports Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changes in copper, zinc and cadmium distributions in the liver of Formosan squirrels with characteristic high copper accumulation (2019)
  • Author(s): Suzuki Yoshinari、Ogra Yasumitsu、Machida Noboru、Watanabe Izumi
  • Journal Title: Metallomics Volume: 11 Pages: 1753-1758
  • DOI: 10.1039/c9mt00204a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of copper metabolism in neonatal rats by speciation analysis using liquid chromatography hyphenated to ICP mass spectrometry (2019)
  • Author(s): Tanaka Yu-ki、Ogra Yasumitsu
  • Journal Title: Metallomics Volume: 11 Pages: 1679-1686
  • DOI: 10.1039/c9mt00158a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of the solubility and emulsifying properties of rice bran protein by phosphorylation with sodium trimetaphosphate (2019)
  • Author(s): Hu Zhenying、Qiu Liang、Sun Yong、Xiong Hua、Ogra Yasumitsu
  • Journal Title: Food Hydrocolloids Volume: 96 Pages: 288-299
  • DOI: 10.1016/j.foodhyd.2019.05.037
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analytical methodology for the simultaneous determination of NMG-Sb(v), iSb(v), and iSb(iii) species by anion exchange liquid chromatography in Glucantime? and its biological application in Wistar rat urine (2019)
  • Author(s): Roldan Nicole、Pizarro Danitza、Frezard Frederic、Bravo Manuel、Verdugo Marcelo、Suzuki Noriyuki、Ogra Yasumitsu、Quiroz Waldo
  • Journal Title: Journal of Analytical Atomic Spectrometry Volume: 34 Pages: 203-213
  • DOI: 10.1039/c8ja00273h
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of chemical species and bioaccessibility of selenium in dietary supplements. (2019)
  • Author(s): Z. Hu, A. Shiokawa, N. Suzuki, H. Xiong and Y. Ogra
  • Journal Title: Eur. Food Res. Technol. Volume: 245 Pages: 225-232
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Species difference in antimony and arsenic metabolism between hamster and rat after administration of tri- or pentavalent inorganic antimony. (2019)
  • Author(s): Q. Zhou, Y. Tanaka, N. Suzuki and Y. Ogra
  • Journal Title: Fundam. Toxicol. Sci. Volume: 6 Pages: 181-185
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 生体必須微量元素セレンの生物由来ナノ粒子の栄養学的評価 (2021)
  • Author(s): 髙橋 一聡、越智 杏奈、三原 久明、小椋 康光
  • Organizer: 日本薬学会第141年会
• [Presentation] 哺乳類細胞におけるセレノシアン酸の生成機構とその毒性学的意義の解明 (2020)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第31回日本微量元素学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] セレン化合物による水銀毒性の修飾とその作用機序 (2020)
  • Author(s): 鈴木紀行、栗原菜摘、市川惠一、原精一、伊藤考太郎、田中佑樹、福本泰典、小椋康光
  • Organizer: 第31回日本微量元素学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Single cell-ICP 質量分析計を用いた単一細胞中の生命金属分析 (2020)
  • Author(s): 田中 佑樹、飯田 里紗子、島崎 隼輔、久保田 哲央、山中 理子、杉山 尚樹、福本 泰典 、小椋 康光
  • Organizer: 生命金属に関する合同年会（ConMetal2020）
  • Invited
• [Presentation] 生命金属動態の計測技術によって明かされるセレンの代謝 (2020)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
  • Invited
• [Presentation] ほ乳類細胞内におけるセレンの代謝機構の解明 (2020)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 動物及び植物におけるバイオジェニックナノ粒子の形成とその毒性学的意義 (2020)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第47回日本毒性学会学術年会
  • Invited
• [Presentation] Single cell-ICP質量分析計を用いた単一細胞中の元素分析法の開発 (2020)
  • Author(s): 田中 佑樹、飯田 里紗子、久保田 哲央、山中 理子、杉山 尚樹、小椋 康光
  • Organizer: 第47回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] セレン化水銀ナノ粒子の生体内挙動の解析 (2020)
  • Author(s): 髙橋一聡、小椋康光
  • Organizer: 第31回日本微量元素学会学術集会
• [Presentation] 腸内環境におけるセレン摂取の栄養戦略 (2020)
  • Author(s): 小椋康光，高橋一聡
  • Organizer: 日本薬学会第140年会
  • Invited
• [Presentation] Enzymatic reaction for selenium methylation to form trimethylselenonium. (2019)
  • Author(s): Y. Ogra
  • Organizer: 8th International Selenium Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Identification of a urinary selenium metabolite by mass spectrometry (2019)
  • Author(s): Y. Ogra
  • Organizer: The 1st Pharmaceutical Sciences Asia Conference 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanisms underlying selenium methylation for urinary excretion as trimethylselenonium (2019)
  • Author(s): Y. Ogra
  • Organizer: 14th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カルコゲン元素の代謝・排泄におけるsingular point (2019)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 生命科学分野におけるICP-MSの応用：メタロミクス (2019)
  • Author(s): 小椋康光
  • Organizer: 第67回質量分析総合討論会
  • Invited
• [Book] 生命金属ダイナミクス 生体内における金属の挙動と制御 (2021)
  • Author(s): 小椋康光
  • Total Pages: 511
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437060
• [Book] 衛生試験法・注解2020 (2020)
  • Author(s): 小椋康光、田中佑樹
  • Total Pages: 1348
  • Publisher: 金原出版
  • ISBN: 9784307470490
• [Remarks] 千葉大学大学院薬学研究院予防薬学研究室website
  • URL: https://www.p.chiba-u.jp/lab/yobou/index.html
• [Remarks] 千葉大学大学院薬学研究院予防薬学研究室Facebook
  • URL: https://www.facebook.com/ogralab/
• [Remarks] 千葉大学大学院薬学研究院予防薬学研究室
  • URL: http://www.p.chiba-u.jp/lab/yobou/index.html
• [Remarks] 千葉大学大学院薬学研究院予防薬学研究室
  • URL: https://www.facebook.com/ogralab/
• [Patent(Industrial Property Rights)] セレノネインを含む、ＣＯＶＩＤ１９治療又は予防薬 (2021)
  • Inventor(s): 鈴木紀行、小椋康光、福本泰典、市川惠一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人千葉大学、キッコーマン株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-026585
  • Filing Date: 2021
• [Funded Workshop] The 1st International Workshop on Metallomics and Nanoparticles (2019)