心疾患に関連する新奇生理活性物質 D-グルタミン酸の合成酵素に関する研究

• 研究課題/領域番号: 18K06117
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 北里大学
• 研究代表者: 片根 真澄 北里大学, 薬学部, 准教授 (90383653)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 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

研究成果の概要

遊離の D-グルタミン酸（D-Glu）の合成活性を有する酵素として最近同定した、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）を大腸菌で発現させて精製し、その酵素学的性質・機能を解析した。また、哺乳類由来の培養細胞株を用いて、本酵素が細胞内および細胞外アミノ酸含量に与える影響を解析した。
本研究結果から、ラット Glu ラセマーゼが細胞内において D-Glu 合成酵素として機能していることが明らかになった。また、L-セリンおよび L-スレオニンの脱水による分解反応を触媒する L-セリン/L-スレオニンデヒドラターゼとしても機能していることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] Prenatal expression of D-aspartate oxidase causes early cerebral D-aspartate depletion and influences brain morphology and cognitive functions at adulthood (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 52 号: 4 ページ: 597-617
  • DOI: 10.1007/s00726-020-02839-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 寿命制御因子としての D-アミノ酸 (2020)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、片根 真澄、本間 浩
  • 雑誌名: 細胞 巻: 52 ページ: 50-52
  • NAID: 40022631939
• [雑誌論文] Identification of an L-serine/L-threonine dehydratase with glutamate racemase activity in mammals (2020)
  • 著者名/発表者名: Masumi Katane, Kento Nakasako, Kanato Yako, Yasuaki Saitoh, Masae Sekine, Hiroshi Homma
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 477 号: 21 ページ: 4221-4241
  • DOI: 10.1042/bcj20200721
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of penicillin-binding proteins in the metabolism of a bacterial peptidoglycan containing a non-canonical D-amino acid (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Miyamoto, Masumi Katane, Yasuaki Saitoh, Masae Sekine, Hiroshi Homma
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 52 号: 3 ページ: 487-497
  • DOI: 10.1007/s00726-020-02830-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] D-Serine and D-alanine regulate adaptive foraging behavior in Caenorhabditis elegans via the NMDA receptor (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Saitoh, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 39 ページ: 7531-7544
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2358-19.2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative in silico analysis of selective enzyme reaction of mammalian D-amino acid oxidase and acidic D-amino acid oxidase mutants (2018)
  • 著者名/発表者名: Hanai Toshihiko、Katane Masumi、Homma Hiroshi
  • 雑誌名: SDRP Journal of Computational Chemistry & Molecular Modelling 巻: 2 号: 3 ページ: 1-8
  • DOI: 10.25177/jccmm.2.3.2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and enzymatic properties of mammalian D-glutamate cyclase (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 巻: 654 ページ: 10-18
  • DOI: 10.1016/j.abb.2018.07.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gut microbiota-derived D-serine protects against acute kidney injury (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nakade, Yasunori Iwata, Takashi Wada, et al.
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 18;3(20) 号: 20 ページ: 97957-97957
  • DOI: 10.1172/jci.insight.97957
  • NAID: 120006733372
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Secreted D-aspartate oxidase functions in C. elegans reproduction and development (2018)
  • 著者名/発表者名: Saitoh Yasuaki、Katane Masumi、Miyamoto Tetsuya、Sekine Masae、Sakamoto Taro、Imai Hirotaka、Homma Hiroshi
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 286 号: 1 ページ: 124-138
  • DOI: 10.1111/febs.14691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidation of the D-lysine biosynthetic pathway in the hyperthermophile Thermotoga maritima (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Tetsuya、Katane Masumi、Saitoh Yasuaki、Sekine Masae、Homma Hiroshi
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 286 号: 3 ページ: 601-614
  • DOI: 10.1111/febs.14720
  • 査読あり
• [学会発表] 統合失調症患者血漿中 D, L-プロリン濃度の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本薬学会 第 141 年会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩、加藤 くみ子
  • 学会等名: 第 93 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 統合失調症患者血漿中 D, L-アミノ酸濃度の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 64 回 日本薬学会関東支部大会
• [学会発表] A colorimetric assay method for measuring the activity of D-glutamate cyclase that is a degradative enzyme of free D-glutamate in mammals (2020)
  • 著者名/発表者名: 片根 真澄
  • 学会等名: MBSJ2020 Online（第 43 回 日本分子生物学会年会）
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本薬学会 第 140 年会
• [学会発表] 統合失調症患者血漿中 D, L-アミノ酸濃度の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本薬学会 第 140 年会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
  • 学会等名: 日本薬学会 第 140 年会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
  • 学会等名: 日本薬学会 第 140 年会
• [学会発表] 低濃度鉛曝露によるラット海馬中 D, L-セリンへの影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 90 回 日本衛生学会学術総会
• [学会発表] Exploring D-aspartate and D-serine cerebral metabolism in four mouse models of autism spectrum disorder (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会
• [学会発表] Chracterization of putative D-amino acid aminotransferase in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Masae Sekine, Yo Seijo, Mio Funakoshi, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Yasuaki Saitoh, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of a D-aspartate oxidase from Caenorhabditis elegans: its potential use in the determination of free D-glutamate in biological samples (2019)
  • 著者名/発表者名: Masumi Katane, Hisashi Kuwabara, Kazuki Nakayama, Yasuaki Saitoh, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Hiroshi Homma
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会
• [学会発表] D-Amino acid metabolism by multifunctional enzymes in bacteria (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Miyamoto, Masumi Katane, Hiroshi Homma
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anticipated expression of D-aspartate oxidase since embryonic stage drastically reduces D-aspartate levels in the mouse brain and influences spatial memory at adulthood (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Secreted D-aspartate oxidase functions in C. elegans reproduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Saitoh, Masumi Katane, Tetsuya Miyamoto, Masae Sekine, Kumiko Sakai-Kato, Hiroshi Homma
  • 学会等名: IDAR 2019 (The 4th International Conference of D-Amino Acid Research)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 統合失調症患者における D, L-アミノ酸 (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 63 回 日本薬学会 関東支部大会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける推定 D-アミノ酸アミノトランスフェラーゼの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 92 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 超好熱菌 Thermotoga maritima における多機能型酵素による D-アミノ酸生合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 92 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 超好熱菌 Thermotoga maritima における多機能型酵素における D-アミノ酸代謝 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
  • 学会等名: 第 43 回 白金シンポジウム
• [学会発表] 線虫の生殖における分泌型 D-アスパラギン酸オキシダーゼの役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、加藤 くみ子、本間 浩
  • 学会等名: 第 43 回 白金シンポジウム
• [学会発表] ヒト血漿中 D, L-アミノ酸の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関根 正恵、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、加藤 くみ子、本間 浩
  • 学会等名: 第 43 回 白金シンポジウム
• [学会発表] 線虫の採餌行動におけるセリンラセマーゼの役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、片根 真澄、宮本 哲也、関根 正恵、本間 浩
  • 学会等名: 日本薬学会 第 139 年会
• [学会発表] 細菌 PBPs の非標準的 D-アミノ酸含有ペプチドグリカン代謝能の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、北本 颯希、高崎 理子、片根 真澄、齋藤 康昭、関根 正恵、本間 浩
  • 学会等名: 日本薬学会 第 139 年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける推定 D-アミノ酸アミノトランスフェラーゼの酵素学的性質の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関根 正恵、今北 千洋、森谷 優菜、氏橋 洋子、遠藤 優、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、本間 浩
  • 学会等名: 日本薬学会 第 139 年会
• [学会発表] 超好熱菌由来シスタチオニン {beta}-リアーゼの D-アミノ酸代謝能の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 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、本間 浩
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2019 年度大会
• [学会発表] 線虫の採餌行動における D-アミノ酸オキシダーゼの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、片根 真澄、宮本 哲也、関根 正恵、本間 浩
  • 学会等名: 第 14 回 D-アミノ酸学会 学術講演会
• [学会発表] 超好熱菌 Thermotoga maritima における新規 Lys ラセマーゼの同定および機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、丸山 玲奈、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 14 回 D-アミノ酸学会 学術講演会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける推定 D-アミノ酸代謝酵素の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関根 正恵、今北 千洋、森谷 優菜、氏橋 洋子、遠藤 優、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、本間 浩
  • 学会等名: 第 14 回 D-アミノ酸学会 学術講演会
• [学会発表] 哺乳類 D-グルタミン酸シクラーゼの酵素学的性質の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 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、齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、三田 真史、浜瀬 健司、的場 聖明、本間 浩
  • 学会等名: 第 14 回 D-アミノ酸学会 学術講演会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける推定 D-アミノ酸アミノトランスフェラーゼの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関根 正恵、今北 千洋、森谷 優菜、氏橋 洋子、遠藤 優、片根 真澄、齋藤 康昭、宮本 哲也、本間 浩
  • 学会等名: 第 91 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 超好熱菌 Thermotoga maritima における D-リジン合成経路の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、丸山 玲奈、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 91 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 細菌の非標準 D-アミノ酸含有ペプチドグリカン代謝における PBPs の関与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北本 颯希、宮本 哲也、高崎 理子、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 91 回 日本生化学会大会
• [学会発表] 細菌における多様な D-アミノ酸の生合成経路の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 東京薬科大学 生命科学部 25 周年記念シンポジウム
• [学会発表] 細菌 PBPs の非標準的 D-アミノ酸含有ペプチドグリカン代謝への関与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、北本 颯希、高崎 理子、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 線虫 C. elegans の採餌行動における D-アミノ酸の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、片根 真澄、宮本 哲也、関根 正恵、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 心疾患に関連する新奇生理活性物質 D-グルタミン酸の分解酵素に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片根 真澄、宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 白金シンポジウム
• [学会発表] シロイヌナズナ植物体における D-アミノ酸アミノトランスフェラーゼ発現部位の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 関根 正恵、齋藤 康昭、宮本 哲也、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 白金シンポジウム
• [学会発表] 線虫の餌探索行動を調節する D-アミノ酸 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 康昭、宮本 哲也、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 白金シンポジウム
• [学会発表] 超好熱菌 Thermotoga maritima における D-リジン生合成経路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本 哲也、齋藤 康昭、関根 正恵、片根 真澄、本間 浩
  • 学会等名: 第 41 回 白金シンポジウム
• [備考] 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