O-マンノース型糖鎖の構造多様性とその決定機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H03987
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物系薬学
• 研究機関: 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所)
• 研究代表者: 萬谷 博 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 研究副部長 (20321870)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 糖鎖 / 神経疾患 / 筋疾患 / O-マンノース型糖鎖

研究成果の概要

哺乳類における新規糖アルコール供与体CDP-グルセロール（CDP-Gro）を発見し、CDP-Gro合成酵素としてPCYT2を同定した。哺乳類O-マンノース型糖鎖の生合成では、CDP-リビトール（CDP-Rbo）からのリビトールリン酸転移が必要であるが、CDP-Groからのグリセロールリン酸（GroP）転移はO-マンノース型糖鎖の伸長を阻害することを明らかにした。また、哺乳類O-マンノース型糖鎖の生合成酵素POMGNT2、POMK、FKRPの結晶構造を解明し、各酵素による糖転移反応の詳細なメカニズムを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

哺乳類におけるCDP-Groの発見とその合成酵素PCYT2の同定により、これまで哺乳類で知られていなかった新しい代謝経路が明らかとなった。さらに、CDP-GroとCDP-Rboという２つの糖供与体の競合により糖鎖合成を制御するという新しいメカニズムも明らかとなった。また、結晶構造を解明した酵素は先天性筋ジストロフィー症の原因遺伝子であることから、触媒機構の解明は疾患変異による病態機序を理解する上で重要である。本研究により、生物学的にも医学的にも重要な成果が得られた。

研究成果

• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Peking University First Hospital/Peking Union Medical College(中国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] McGill University Health Centre(カナダ)
• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Peking University First Hospital/Peking Union Medical College(中国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] McGill University Health Centre(カナダ)
• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Peking University First Hospital/Peking Union Medical College(中国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] McGill University Health Centre(カナダ)
• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Peking University First Hospital/Peking Union Medical College(中国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] McGill University Health Centre(カナダ)
• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] Peking University First Hospital/Peking Union Medical College(中国)
• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] McGill University Health Centre(カナダ)
• [雑誌論文] CDP-ribitol prodrug treatment ameliorates ISPD-deficient muscular dystrophy mouse model (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokuoka Hideki、Imae Rieko、Nakashima Hitomi、Manya Hiroshi、Masuda Chiaki、Hoshino Shunsuke、Kobayashi Kazuhiro、Lefeber Dirk J.、Matsumoto Riki、Okada Takashi、Endo Tamao、Kanagawa Motoi、Toda Tatsushi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 1847-1847
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29473-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The structure of POMGNT2 provides new insights into the mechanism to determine the functional <i>O</i> ‐mannosylation site on α‐dystroglycan (2021)
  • 著者名/発表者名: Imae Rieko、Kuwabara Naoyuki、Manya Hiroshi、Tanaka Tomohiro、Tsuyuguchi Masato、Mizuno Mamoru、Endo Tamao、Kato Ryuichi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 26 号: 7 ページ: 485-494
  • DOI: 10.1111/gtc.12853
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PCYT2 synthesizes CDP-glycerol in mammals and reduced PCYT2 enhances the expression of functionally glycosylated α-dystroglycan (2021)
  • 著者名/発表者名: Imae Rieko、Manya Hiroshi、Tsumoto Hiroki、Miura Yuri、Endo Tamao
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 170 号: 2 ページ: 183-194
  • DOI: 10.1093/jb/mvab069
  • NAID: 40022723391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biosynthetic Mechanisms of a Unique Ribitol Phosphate-containing Glycan by FKRP, a Ribitol Phosphate Transferase (2020)
  • 著者名/発表者名: Imae R, Kuwabara N, Manya H, Kato R, Endo T
  • 雑誌名: Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｇｌｙｃｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｇｌｙｃｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 32 号: 190 ページ: E195-E200
  • DOI: 10.4052/tigg.2008.1E
  • NAID: 130007942390
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • 年月日: 2020-11-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] FAM3B/PANDER-Like Carbohydrate-Binding Domain in a Glycosyltransferase, POMGNT1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Manya Hiroshi、Kuwabara Naoyuki、Kato Ryuichi、Endo Tamao
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2132 ページ: 609-619
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0430-4_52
  • ISBN: 9781071604298, 9781071604304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of fukutin-related protein (FKRP), a ribitol-phosphate transferase related to muscular dystrophy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuwabara N, Imae R, Manya H, Tanaka T, Mizuno M, Tsumoto H, Kanagawa M, Kobayashi K, Toda T, Senda T, Endo T, Kato R.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 11 号: 1 ページ: 303-303
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14220-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanisms of <i>O</i>-Mannosyl Glycan Biosynthesis in Mammals (2019)
  • 著者名/発表者名: Manya Hiroshi
  • 雑誌名: Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｇｌｙｃｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｇｌｙｃｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 31 号: 181 ページ: SE63-SE64
  • DOI: 10.4052/tigg.1930.2SE
  • NAID: 130007683661
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • 年月日: 2019-07-25
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] CDP-glycerol inhibits the synthesis of the functionalO-mannosyl glycan of α-dystroglycan (2018)
  • 著者名/発表者名: Imae Rieko、Manya Hiroshi、Tsumoto Hiroki、Osumi Kenji、Tanaka Tomohiro、Mizuno Mamoru、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Toda Tatsushi、Endo Tamao
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 31 ページ: 12186-12198
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.003197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell endogenous activities of fukutin and FKRP coexist with the ribitol xylosyltransferase, TMEM5. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishihara, R., Kobayashi, K., Imae, R., Tsumoto, H., Manya, H., Mizuno, M., Kanagawa, M., Endo, T., and Toda, T.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 497 号: 4 ページ: 1025-1030
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.162
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 哺乳類におけるリビトールリン酸含有糖鎖の発見とO-マンノース型糖鎖の生合成機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 萬谷 博、遠藤 玉夫
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 号: 5 ページ: 605-612
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890605
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2017-10-25
• [雑誌論文] 3D structural analysis of protein O-mannosyl kinase, POMK, a causative gene product of dystroglycanopathy (2017)
  • 著者名/発表者名: M.Nagae, S.K.Mishra, M.Neyazaki, R.Oi, A.Ikeda, N.Matsugaki, S.Akashi, H.Manya, M.Mizuno, H.Yagi, K.Kato, T.Senda, T.Endo, T.Nogi, and Y.Yamaguchi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: - 号: 4 ページ: 348-359
  • DOI: 10.1111/gtc.12480
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tatsushi Toda and Tamao Endo win 107th Japan Academy Prize (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa Motoi、Manya Hiroshi
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 27 号: 7 ページ: 599-600
  • DOI: 10.1093/glycob/cwx040
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental phase determination with selenomethionine or mercury-derivatization in serial femtosecond crystallography. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, K., et al.
  • 雑誌名: IUCrJ 巻: 4 号: 5 ページ: 639-647
  • DOI: 10.1107/s2052252517008557
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycosylation with ribitol-phosphate in mammals: New insights into the O -mannosyl glycan. (2017)
  • 著者名/発表者名: Manya, H., and Endo, T.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1861 号: 10 ページ: 2462-2472
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.06.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之, 加藤 龍一, 萬谷 博, 遠藤 玉夫
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 59 号: 2-3 ページ: 114-120
  • DOI: 10.5940/jcrsj.59.114
  • NAID: 130006767785
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 構造解析に基づくO-マンノース型糖鎖の生合成機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博, 今江理恵子, 桑原直之, 田中智博, 露口正人, 水野真盛, 加藤龍一, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 第40回日本糖質学会年会
• [学会発表] タンデムリビトールリン酸含有O-マンノシルグリカンの系統的合成とその糖鎖機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村純一, 田村敬裕, 真鍋法義, 大野詩歩, 山口芳樹, 萬谷博, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 第40回日本糖質学会年会
• [学会発表] 間質-細胞相互作用を制御するO-マンノース型糖鎖の生合成機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] CDP-エタノールアミン合成酵素PCYT2によるCDP-グリセロールの合成およびα-ジストログリカンの制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子, 萬谷博, 津元裕樹, 三浦ゆり, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] 哺乳動物細胞におけるリビトールリン酸生合成経路の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星野駿介, 今江理恵子, 萬谷博, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] 筋ジストロフィー症に関わる糖転移酵素POMGNT2の基質認識の分子機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 露口正人, 桑原直之, 萬谷博, 今江理恵子, 田中智博, 水野真盛, 遠藤玉夫, 加藤龍一
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会
• [学会発表] 構造・生化学から分かってきたO-マンノース型糖鎖の生合成機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博
  • 学会等名: 第7回日本筋学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] RboP5-3GalNAcbの系統的合成と糖転移受容体機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村純一、田村敬裕、永瀬真央、真鍋法義、大野詩歩、星野駿介、山口芳樹、萬谷博、遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022大会
• [学会発表] CDP-エタノールアミン合成酵素PCYT2によるCDP-グリセロール生合成機構の発見およびα-ジストログリカンの機能制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、三浦ゆり、遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
• [学会発表] 哺乳類におけるリビトールリン酸産生酵素の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星野駿介、今江理恵子、萬谷博、遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
• [学会発表] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物FKRPによるO-マンノース型糖鎖へのリビトールリン酸転移機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今江 理恵子、桑原 直之、萬谷 博、加藤 龍一、遠藤 玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] リビトールリン酸転移酵素FKRPによるO-マンノース型糖鎖伸長機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、桑原直之、萬谷博、加藤龍一、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] O-マンノース型糖鎖の伸長過程におけるFKRPによるリビトールリン酸転移機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、桑原直之、萬谷博、加藤龍一、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] グリセロールリン酸供与体CDP-グリセロールの哺乳動物における定量分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、石渡俊行、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第38回日本糖質学会年会
• [学会発表] 哺乳動物培養細胞および組織におけるCDP-グリセロールの定量分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、石渡俊行、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] α-ジストログリカン糖鎖合成阻害因子CDP-グリセロールの定量分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子, 萬谷博, 津元裕樹, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] 糖鎖を利用した先天性筋ジストロフィー症の治療法開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博、赤阪啓子、今江理恵子、遠藤玉夫
  • 学会等名: TOBIRA 第7回研究交流フォーラム
• [学会発表] Substrates recognition and oligomerization mechanism of Fukutin-related protein (FKRP). (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Rieko Imae, Tomohiro Tanaka, Motoi Kanagawa, Kazuhiro Kobayashi, Tatsushi Toda, Mamoru Mizuno, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • 学会等名: 11th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 福山型筋ジストロフィー原因遺伝子産物fukutinのグリセロールリン酸転移活性. (2018)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博、今江理恵子、津元裕樹、田中智博、水野真盛、金川基、小林千浩、戸田達史、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第4回日本筋学会学術集会
• [学会発表] 新規糖鎖修飾体グリセロールリン酸によるα-ジストログリカンの機能糖鎖合成阻害. (2018)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、田中智博、水野真盛、金川基、小林千浩、戸田達史、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第37回日本糖質学会年会
• [学会発表] CDP-glycerolはα-ジストログリカンの糖鎖伸長を阻害する. (2018)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、田中智博、水野真盛、金川基、小林千浩、戸田達史、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] 糖鎖異常による先天性筋ジストロフィー症の病態解明と薬学的展. (2018)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博
  • 学会等名: 第62回日本薬学会関東支部大会
  • 招待講演
• [学会発表] Inhibitory effect of CDP-glycerol on the synthesis of the O-mannosyl glycan of α-dystroglycan (2018)
  • 著者名/発表者名: Rieko Imae, Hiroshi Manya, Hiroki Tsumoto, Tamao Endo
  • 学会等名: 首都大学東京バイオコンファレンス2018
• [学会発表] Biosynthesis of O-mannosyl glycan in mammals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Manya
  • 学会等名: 糖鎖創薬研究拠点キックオフシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] CDP-グリセロール添加によるα-ジストログリカンの機能糖鎖伸長およびラミニン結合能への影響. (2018)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、萬谷博、津元裕樹、遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] 新規糖鎖修飾機構の理解に基づく筋ジストロフィー症の病態解明と創薬への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物TMEM5によるジストログリカンの機能糖鎖修飾 (2017)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博, 山口芳樹, 金川基, 小林千浩, 田尻道子, 赤阪-萬谷啓子, 川上宏子, 水野真盛, 和田芳直, 戸田達史
  • 学会等名: 第36回日本糖質学会年会
• [学会発表] ジストログリカノパチー原因遺伝子産物Protein O-Mannosyl Kinase (POMK)の構造生物学的研究,ポスター (2017)
  • 著者名/発表者名: 長江雅倫, Sushil K. Mishra, 根谷崎牧子, 大井里香, 池田明美, 松垣直宏, 明石知子, 萬谷博, 水野真盛, 矢木宏和, 加藤晃一, 千田俊哉, 遠藤玉夫, 禾晃和, 山口芳樹
  • 学会等名: 第36回日本糖質学会年会
• [学会発表] Fukutin-related protein (FKRP)の結晶構造と基質認識機構解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原直之, 萬谷博, 金川基, 今江理恵子, 田中智博, 小林千浩, 戸田達史, 水野真盛, 遠藤玉夫, 加藤龍一
  • 学会等名: 第36回日本糖質学会年会
• [学会発表] Carbohydrate-binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of α-dystroglycan (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Takeyuki Yamada, Hiroaki Tateno, Motoi Kanagawa, Kazuhiro Kobayashi, Keiko Akasaka-Manya, Yuriko Hirose, Mamoru Mizuno, Mitsunori Ikeguchi, Tatsushi Toda, Jun Hirabayashi, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • 学会等名: 4th International Symposium on Glyconjugates (GlycoXXIV)
  • 国際学会
• [学会発表] 新規O-マンノース型糖鎖の発見とその異常による先天性筋ジストロフィー症 (2017)
  • 著者名/発表者名: 萬谷博
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
  • 招待講演
• [学会発表] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原直之, 萬谷博, 山田健之, 舘野浩章, 金川基, 小林千浩, 赤阪-萬谷啓子, 弘瀬友理子, 水野真盛, 池口満徳, 戸田達史, 平林淳, 千田俊哉, 遠藤玉夫, 加藤龍一
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] 哺乳類細胞発現系によるFukutin-related protein (FKRP)の大量精製と結晶構造決定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原直之, 萬谷博, 今江理恵子, 遠藤玉夫, 千田俊哉, 加藤龍一
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物フクチンはジストログリカン糖鎖にグリセロールリン酸を導入する活性を有する (2017)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子, 萬谷博, 津元裕樹, 田中智博, 水野真盛, 金川基, 小林千浩, 戸田達史, 遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [備考] 東京都健康長寿医療センター
  • URL: https://www.tmghig.jp/research/index.html
• [備考] 東京都健康長寿医療センター研究所
  • URL: http://www.tmghig.jp/research/index.html
• [産業財産権] O-マンノシルグリカン関連化合物および糖鎖伸長プライマーとしてのその使用 (2021)
  • 発明者名: 田村純一、田村敬裕、遠藤玉夫、萬谷博、星野駿介
  • 権利者名: 鳥取大学、東京都健康長寿医療センター
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-174154
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] ジストログリカン糖鎖修飾異常に伴う疾患の治療剤及び関連酵素測定法 (2017)
  • 発明者名: 戸田達史、小林千浩、金川基、遠藤玉夫、萬谷博、和田芳直、田尻道子
  • 権利者名: 神戸大学、東京都健康長寿医療センター、大阪母子センター
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 取得年月日: 2022
• [産業財産権] Therapeutic agent for diseases associated with abnormalities in dystroglycan sugar chain modification and method for assaying associated enzyme (2017)
  • 発明者名: Toda T, Manya H, et al.
  • 権利者名: Kobe Univ., et al.
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 取得年月日: 2021
  • 外国