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Studies on the biosynthetic enzyme of the novel bioactive substance D-glutamate that is related to heart diseases

Research Project

Project/Area Number 18K06117
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research InstitutionKitasato University

Principal Investigator

Katane Masumi  北里大学, 薬学部, 准教授 (90383653)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsグルタミン酸ラセマーゼ / D-グルタミン酸合成酵素 / D-グルタミン酸 / L-セリン/L-スレオニンデヒドラターゼ / アミノ酸ラセマーゼ / アミノ酸デヒドラターゼ / D-アミノ酸 / 心臓 / L-セリンデヒドラターゼ / デヒドラターゼ
Outline of Final Research Achievements

Previously, we first identified D-glutamate cyclase as its degradative enzyme in mammals, whereas its biosynthetic pathway in mammals is unclear. Glutamate racemase is a most probable candidate, which catalyzes interconversion between D-glutamate and L-glutamate. Here, we identified the cDNA encoding L-serine dehydratase-like (SDHL) as the first mammalian clone with glutamate racemase activity.
Rat SDHL was expressed in Escherichia coli, and the enzymatic properties of the recombinant were characterized. The results indicated that rat SDHL is a multifunctional enzyme with glutamate racemase activity in addition to L-serine/L-threonine dehydratase activity. Further experiments using cultured mammalian cells confirmed that D-glutamate was synthesized and L-serine and L-threonine were decomposed. It was also found that SDHL contributes to homeostasis of several other amino acids.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々は以前に、生体内で D-グルタミン酸(D-Glu)を分解する酵素を同定し、この酵素の発現レベルが心不全モデルマウスで低下していることなどを明らかにした。すなわち、哺乳類は D-Glu の合成および分解経路を備えており、心機能に関連する新奇な生理活性物質として D-Glu を利用していると考えられる。
本研究では、ラット Glu ラセマーゼ(L-Glu と D-Glu の相互変換を触媒する酵素)の酵素学的性質・機能のほか、種々のアミノ酸の細胞内および細胞外含量に与える影響を解析した。本研究成果は、心不全に至る分子機構の解明や、心不全の予防薬の開発にもつながる可能性を秘めていると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(50 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 1 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Prenatal expression of D-aspartate oxidase causes early cerebral D-aspartate depletion and influences brain morphology and cognitive functions at adulthood2020

    • Author(s)
      Arianna De Rosa, Francesca Mastrostefano, Anna Di Maio, Tommaso Nuzzo, Yasuaki Saitoh, Masumi Katane, Andrea M. Isidori, Viviana Caputo, Pina Marotta, Geppino Falco, Maria Egle De Stefano, Hiroshi Homma, Alessandro Usiello, Francesco Errico
    • Journal Title

      Amino Acids

      Volume: 52 Pages: 597-617

    • DOI

      10.1007/s00726-020-02839-y

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 寿命制御因子としての D-アミノ酸2020

    • Author(s)
      齋藤 康昭、片根 真澄、本間 浩
    • Journal Title

      細胞

      Volume: 52 Pages: 50-52

    • NAID

      40022631939

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  • [Journal Article] Identification of an L-serine/L-threonine dehydratase with glutamate racemase activity in mammals2020

    • Author(s)
      Masumi Katane, Kento Nakasako, Kanato Yako, Yasuaki Saitoh, Masae Sekine, Hiroshi Homma
    • Journal Title

      Biochemical Journal

      Volume: 477 Pages: 4221-4241

    • DOI

      10.1042/bcj20200721

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Involvement of penicillin-binding proteins in the metabolism of a bacterial peptidoglycan containing a non-canonical D-amino acid2020

    • Author(s)
      Tetsuya Miyamoto, Masumi Katane, Yasuaki Saitoh, Masae Sekine, Hiroshi Homma
    • Journal Title

      Amino Acids

      Volume: 52 Pages: 487-497

    • DOI

      10.1007/s00726-020-02830-7

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  • [Journal Article] D-Serine and D-alanine regulate adaptive foraging behavior in Caenorhabditis elegans via the NMDA receptor2020

    • Author(s)
      Yasuaki Saitoh, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 40 Pages: 7531-7544

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2358-19.2020

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  • [Journal Article] Secreted D-aspartate oxidase functions in C. elegans reproduction and development2019

    • Author(s)
      Saitoh Yasuaki、Katane Masumi、Miyamoto Tetsuya、Sekine Masae、Sakamoto Taro、Imai Hirotaka、Homma Hiroshi
    • Journal Title

      FEBS J

      Volume: 286 Pages: 124-138

    • DOI

      10.1111/febs.14691

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  • [Journal Article] Quantitative in silico analysis of selective enzyme reaction of mammalian D-amino acid oxidase and acidic D-amino acid oxidase mutants2018

    • Author(s)
      Hanai Toshihiko、Katane Masumi、Homma Hiroshi
    • Journal Title

      SDRP Journal of Computational Chemistry & Molecular Modelling

      Volume: 2 Pages: 1-8

    • DOI

      10.25177/jccmm.2.3.2

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  • [Journal Article] Structural and enzymatic properties of mammalian D-glutamate cyclase2018

    • Author(s)
      Katane Masumi、Ariyoshi Makoto、Tateishi Shuhei、Koiwai Sachi、Takaku Kaoruko、Nagai Kenichiro、Nakayama Kazuki、Saitoh Yasuaki、Miyamoto Tetsuya、Sekine Masae、Mita Masashi、Hamase Kenji、Matoba Satoaki、Homma Hiroshi
    • Journal Title

      Archives of Biochemistry and Biophysics

      Volume: 654 Pages: 10-18

    • DOI

      10.1016/j.abb.2018.07.005

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  • [Journal Article] Gut microbiota-derived D-serine protects against acute kidney injury2018

    • Author(s)
      Yusuke Nakade, Yasunori Iwata, Takashi Wada, et al.
    • Journal Title

      JCI Insight.

      Volume: 18;3(20) Pages: 97957-97957

    • DOI

      10.1172/jci.insight.97957

    • NAID

      120006733372

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Elucidation of the D-lysine biosynthetic pathway in the hyperthermophile Thermotoga maritima2018

    • Author(s)
      Miyamoto Tetsuya、Katane Masumi、Saitoh Yasuaki、Sekine Masae、Homma Hiroshi
    • Journal Title

      The FEBS Journal

      Volume: 286 Pages: 601-614

    • DOI

      10.1111/febs.14720

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  • [Presentation] 統合失調症患者血漿中 D, L-プロリン濃度の解析2021

    • Author(s)
      関根 正恵、上田 梨那、荻原 冴、田中 優佳里、尾関 裕二、藤井 久彌子、齋藤 康昭、宮本 哲也、片根 真澄、秋山 一文、下田 和孝、本間 浩、加藤 くみ子
    • Organizer
      日本薬学会 第 141 年会
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  • [Presentation] 超好熱菌由来セリンラセマーゼホモログの D-アミノ酸代謝能の検証2020

    • Author(s)
      宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩、加藤 くみ子
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      第 93 回 日本生化学会大会
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  • [Presentation] 統合失調症患者血漿中 D, L-アミノ酸濃度の解析2020

    • Author(s)
      関根 正恵、上田 梨那、荻原 冴、田中 優佳里、尾関 裕二、藤井 久彌子、齋藤 康昭、宮本 哲也、片根 真澄、秋山 一文、下田 和孝、本間 浩、加藤 くみ子
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      第 64 回 日本薬学会関東支部大会
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  • [Presentation] A colorimetric assay method for measuring the activity of D-glutamate cyclase that is a degradative enzyme of free D-glutamate in mammals2020

    • Author(s)
      片根 真澄
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      MBSJ2020 Online(第 43 回 日本分子生物学会年会)
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  • [Presentation] D-グルタミン酸シクラーゼ:D-グルタミン酸分解酵素の酵素学的性質の解析2020

    • Author(s)
      片根 真澄、有吉 真、立石 周平、小岩井 祥、高久 薫子、長井 賢一郎、中山 香月、関根 正恵、齋藤 康昭、関根 正恵、三田 真史、浜瀬 健司、的場 聖明、加藤 くみ子、本間 浩
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      日本薬学会 第 140 年会
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  • [Presentation] 統合失調症患者血漿中 D, L-アミノ酸濃度の解析2020

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      関根 正恵、大西 穂ノ佳、小山内 美音、尾関 祐二、藤井 久彌子、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、秋山 一文、下田 和孝、加藤 くみ子、本間 浩
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  • [Presentation] 超好熱菌 Thermotoga maritima におけるセリンラセマーゼホモログの機能解析2020

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      宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
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  • [Presentation] 線虫の適応的な採餌行動を調節する D-セリンと NMDA 受容体2020

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      齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
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      大森 由紀、上窪 裕二、関根 正恵、松川 岳久、小林 桃子、武藤 剛、横山 和仁、角田 正史、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、加藤 くみ子、本間 浩、堀口 岳剛
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      第 90 回 日本衛生学会学術総会
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      Tommaso Nuzzo, Daniela Punzo, Mattia Miroballo, Masumi Katane, Masae Sekine, Yasuaki Saitoh, Arianna De Rosa, Anna Di Maio, Martina Garofalo, Francesco Errico, Alessandro Gozzi, Jean Pierre Mothet, Hiroshi Homma, Alessandro Usiello
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      IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
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  • [Presentation] Chracterization of putative D-amino acid aminotransferase in Arabidopsis thaliana2019

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      Masae Sekine, Yo Seijo, Mio Funakoshi, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Yasuaki Saitoh, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
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  • [Presentation] Biochemical characterization of a D-aspartate oxidase from Caenorhabditis elegans: its potential use in the determination of free D-glutamate in biological samples2019

    • Author(s)
      Masumi Katane, Hisashi Kuwabara, Kazuki Nakayama, Yasuaki Saitoh, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Hiroshi Homma
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      IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] D-Amino acid metabolism by multifunctional enzymes in bacteria2019

    • Author(s)
      Tetsuya Miyamoto, Masumi Katane, Hiroshi Homma
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      IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
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  • [Presentation] Anticipated expression of D-aspartate oxidase since embryonic stage drastically reduces D-aspartate levels in the mouse brain and influences spatial memory at adulthood2019

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      Arianna De Rosa, Tommaso Nuzzo, Francesca Mastrostefano, Anna Di Maio, Yasuaki Saitoh, Francesco Napolitano, Masumi Katane, Andrea Isidori, Viviana Caputo, Maria Egle De Stefano, Hiroshi Homma, Alessandro Usiello, Francesco Errico
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  • [Presentation] Secreted D-aspartate oxidase functions in C. elegans reproduction2019

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      Yasuaki Saitoh, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
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      関根 正恵、大西 穂ノ佳、小山内 美音、尾関 祐二、藤井 久彌子、齋藤 康昭、宮本 哲也、片根 真澄、秋山 一文、下田 和孝、加藤 くみ子、本間 浩
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      関根 正恵、舩越 美緒、楊 晴如、片根 真澄、齋藤 康昭、加藤 くみ子、本間 浩
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      宮本 哲也、松浦 美帆、吉田 真梨愛、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
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      齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
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      関根 正恵、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、加藤 くみ子、本間 浩
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    • Organizer
      第 41 回 白金シンポジウム
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    • Author(s)
      齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
    • Organizer
      第 41 回 白金シンポジウム
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 超好熱菌 Thermotoga maritima における D-リジン生合成経路2018

    • Author(s)
      宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
    • Organizer
      第 41 回 白金シンポジウム
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      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 北里大学薬学部教員紹介ページ(片根真澄)

    • URL

      http://kerid-web.kitasato-u.ac.jp/Profiles/38/0003778/profile.html

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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