糖ペプチド―レクチン相互作用の精密解析：ペプチド配列に潜む糖鎖コードの解明

• 研究課題/領域番号: 17K05920
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 比能 洋 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (70333333)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: レクチン / 糖ペプチド / 相互作用 / 配座 / マイクロアレイ / NMR / O-マンノース / ムチン / 糖鎖 / 植物レクチン / ガレクチン / 動物レクチン / 蛍光ラベル / glycopeptide / lectin / microarray / interaction / conformation

研究成果の概要

糖ペプチドとレクチン間の相互作用に関し、ムチン型糖ペプチドとO-mannose型糖ペプチドをモデルとしてマイクロアレイによる相互作用解析およびNMRによるコンホメーション解析を実施した。ムチン型糖ペプチドにおいてはコンホメーションの決定に糖ーペプチド間の水素結合および疎水性相互作用が強く関与し、糖鎖とペプチドの結合部位付近において糖鎖とペプチド双方の配座が著しく制限を受け、特定の配座に収束すること、レクチンはその配座変化に伴い結合特性が変化することが見出された。一方、O-mannose型糖ペプチドでは糖鎖の配座制限は生じないが、特定糖残基の付加に伴いペプチド配座制限が生じることが確認された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

糖鎖によるタンパク質の翻訳後修飾は生物学的に不可欠であるが、純粋な特定構造の調整が困難であるため、糖ペプチドレベルでの構造活性相関研究が遅れている。本研究では糖鎖認識に関わるレクチンと糖鎖の相互作用に焦点を当て、糖ペプチドレベルでの認識能の変化に関する研究を世界で初めて系統的に実施した。この成果は単なるたんぱく質の認識現象の理解の促進にとどまらず、疾患や生命システムの理解に貢献することが期待される。また、感染症においても糖鎖-レクチン（ヘマグルチニン）間の相互作用は宿主識別の主要機能であることから感染症の宿主変化の理解においても理解の促進に貢献すると思われる。

研究成果

• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-University Munich(ドイツ)
• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-University Munich(Germany)
• [雑誌論文] Impaired O-Glycosylation at Consecutive Threonine TTX Motifs in Mucins Generates Conformationally Restricted Cancer Neoepitopes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa Shun、Matsushita Takahiko、Yokoi Yasuhiro、Wakui Hajime、Garcia-Martin Fayna、Hinou Hiroshi、Matsuoka Koji、Nouso Kazuhiro、Kamiyama Toshiya、Taketomi Akinobu、Nishimura Shin-Ichiro
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 59 号: 12 ページ: 1221-1241
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.0c00007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis, conformational analysis and in vivo assays of an anti-cancer vaccine that features an unnatural antigen based on an sp2-iminosugar fragment (2020)
  • 著者名/発表者名: Bermejo Iris A.、Navo Claudio D.、Castro-Lopez Jorge、Guerreiro Ana、Garcia-Martin Fayna、Hinou Hiroshi、Nishimura Shin-Ichiro、Mellet Carmen Ortiz、Avenoza Alberto、Busto Jeses H.、Corzana Francisco、et al.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 11 号: 15 ページ: 3996-4006
  • DOI: 10.1039/c9sc06334j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthetic glycopeptides reveal specific binding pattern and conformational change at O-mannosylated position of α-dystroglycan by POMGnT1 catalyzed GlcNAc modification (2019)
  • 著者名/発表者名: Hinou Hiroshi、Kikuchi Seiya、Ochi Rika、Igarashi Kota、Takada Wataru、Nishimura Shin-Ichiro
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 27 号: 13 ページ: 2822-2831
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.05.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aniline derivative/DHB/alkali metal matrices for reflectron mode MALDI-TOF and TOF/TOF MS analysis of unmodified sialylated oligosaccharides and glycopeptides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hinou Hiroshi
  • 雑誌名: International Journal of Mass Spectrometry 巻: 443 ページ: 109-115
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2019.06.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycan-immobilized dual-channel field effect transistor biosensor for the rapid identification of pandemic influenza viral particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideshima Sho、Hayashi Hiroki、Hinou Hiroshi、Nambuya Shunsuke、Kuroiwa Shigeki、Nakanishi Takuya、Momma Toshiyuki、Nishimura Shin-Ichiro、Sakoda Yoshihiro、Osaka Tetsuya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11616-11616
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48076-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring serum and immunoglobulin G N-glycome as diagnostic biomarkers for early detection of breast cancer in Ethiopian women (2019)
  • 著者名/発表者名: Gebrehiwot Abrha G.、Melka Daniel Seifu、Kassaye Yimenashu Mamo、Gemechu Tufa、Lako Wajana、Hinou Hiroshi、Nishimura Shin-Ichiro
  • 雑誌名: BMC Cancer 巻: 19 号: 1
  • DOI: 10.1186/s12885-019-5817-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycoblotting of Egg White Reveals Diverse N-Glycan Expression in Quail Species (2019)
  • 著者名/発表者名: Jurgen T. Sanes, Hiroshi Hinou, Yuan Chuan Lee, Shin-Ichiro Nishimura
  • 雑誌名: J. Agric. Food Chem. 巻: 67 号: 1 ページ: 531-540
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.8b04782
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Healthy human serum N-glycan profiling reveals the influence of ethnic variation on the identified cancer-relevant glycan biomarkers (2018)
  • 著者名/発表者名: Abrha G. Gebrehiwot, Daniel Seifu Melka, Yimenashu Mamo Kassaye, Ibrahim F. Rehan, Shobith Rangappa, Hiroshi Hinou, Toshiya Kamiyama, Shin-Ichiro Nishimura
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 13 号: 12 ページ: e0209515-e0209515
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0209515
  • NAID: 120006650536
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthetic Glycopeptides Allow for the Quantitation of Scarce Nonfucosylated IgG Fc N-Glycans of Therapeutic Antibody (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hammura, Akari Ishikawa, Ravi H.V. Kumar, Risho Miyoshi, Yasuhiro Yokoi, Masakazu Tanaka, Hiroshi Hinou, Shin-Ichiro Nishimura
  • 雑誌名: ACS Medicinal Chemistry Letters 巻: 9 号: 9 ページ: 889-894
  • DOI: 10.1021/acsmedchemlett.8b00127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic Glycopeptides as Designated Standards in the Selected Reaction Monitoring Assay of Serum Cancer Biomarkers (2018)
  • 著者名/発表者名: Yogesh K. V., Toshiya Kamiyama, Chikara Ohyama, Tohru Yoneyama, Kazuhiro Nouso, Satoshi Kimura, Hiroshi Hinou, Shin-Ichiro Nishimura
  • 雑誌名: Medicinal Chemistry Communications 巻: 9 号: 8 ページ: 1351-1358
  • DOI: 10.1039/c8md00162f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Further applications of classical amide coupling reagents: microwave-assisted esterification on solid-phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Risa Takayama, Shun Hayakawa, Hiroshi Hinou, Fernando Albericio, Fayna Garcia-Martin
  • 雑誌名: Journal of Peptide Science 巻: 24 号: 8-9
  • DOI: 10.1002/psc.3111
  • NAID: 120006709284
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The use of fluoroproline in MUC1 antigen enables efficient detection of antibodies in patients with prostate cancer (2017)
  • 著者名/発表者名: Somovilla V.J., Bermeijo I.A., Albuquerque I.S., Martinez S. N., Castro Lopez J., Garcia Martin F., Companon I., Hinou H., Nishimura S-I., Jimenez Barbero J., Asensio J.L, Avenoza G., Busto J.H., Hurtado-Guerrero. R., Peregrina J.M., Bernardes G.J.L., Corzana F.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 129 号: 50 ページ: 18255-18261
  • DOI: 10.1021/jacs.7b09447
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycopeptides as Targets for Dendritic Cells: Exploring MUC1 Glycopeptides Binding Profile toward Macrophage Galactose-Type Lectin (MGL) Orthologs (2017)
  • 著者名/発表者名: Artigas G., Monteiro J.T., Hinou H., Nishimura S-I, Lepenies B., and Garcia Martin F.
  • 雑誌名: J.Med.Chem. 巻: 60 号: 21 ページ: 9012-9021
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b01242
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical synthesis demonstrates dynamic O-glycosylation regulates folding and functional conformation of a pivotal EGF12 domain of human NOTCH1 receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa S., Yokoi Y., Hinou H., Nishimura S-I.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 号: 33 ページ: 4379-4391
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00372
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic Mucin-like Glycopeptides as Versatile Tools to Measure Effects of Glycan Structure/Density/Position on Interaction with Adhesion/Growth-regulatory Galectins in Arrays (2017)
  • 著者名/発表者名: Artigas G., Hinou H., Garcia-Martin F., Hans-Joachim Gabius and Nishimuera S-I.
  • 雑誌名: Chem-Asian J. 巻: 12 号: 1 ページ: 159-167
  • DOI: 10.1002/asia.201601420
  • NAID: 120006374980
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Chemical Glycobiology (Starting from Glycoconjugate Syntheses) (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hinou
  • 学会等名: 107th Indian Science Congress, Bagalore
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel matrix system for reflectron mode MALDI-TOF and TOF/TOF MS analysis of unmodified sialylated oligosaccharides and glycopeptides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hinou
  • 学会等名: Japanese-American Symposium on Applied & Translational Glycosciences, ACS Fall 2019 National Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シアリル化糖鎖・複合糖質の直接MALDI-TOFMS解析法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 比能 洋
  • 学会等名: 第38回日本糖質学会年会
• [学会発表] Microarray and NMR Study of Core M1 Glycan Modified α-Dystroglycan Fragments (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hinou
  • 学会等名: International Congress on Pure and Applied Chemistry 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考]
  • URL: https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl/staff/hinou-hiroshi
• [備考] 未修飾シアリル化糖鎖および複合糖質の高感度・高分解能構造解析を実現するMALDIマトリックス
  • URL: https://seeds.mcip.hokudai.ac.jp/jp/view/381/?fbclid=IwAR0w1jNOt3wv1Q_Dvym8_Zojm1K0A4MrGnJoBfEXKQR3LSz2gdG1kzzEwQA
• [産業財産権] 未修飾シアリル化複合糖質および糖ペプチドのリフレクトロンモードＭＡＬＤＩ－ＴＯＦおよびＴＯＦ／ＴＯＦ質量分析のためのマトリックス組成物 (2020)
  • 発明者名: 比能 洋
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 外国
• [産業財産権] 未修飾シアリル化複合糖質および糖ペプチドのリフレクトロンモードＭＡＬＤＩ－ＴＯＦおよびＴＯＦ／ＴＯＦ質量分析のためのアニリン誘導体／ＤＨＢ／アルカリ金属マトリックス組成物 (2019)
  • 発明者名: 比能 洋
  • 権利者名: 比能 洋
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-011457
  • 出願年月日: 2019