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広範な生体サンプル糖鎖を標的としたMALDIバイオタイピング技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K23458
補助金の研究課題番号 22H02191 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分37010: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)

研究分担者 小林 純子 (仁尾純子)  長崎大学, 高度感染症研究センター, 准教授 (70447043)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2025年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2024年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードグリコタイピング / バイオタイピング / MALDI / 糖鎖 / 血清型 / 糖タンパク質 / 直接解析 / ムチン / ムチン型糖鎖 / 硫酸化 / リン酸化 / マトリックス / O抗原 / LPS / 1コロニー / 同定
研究開始時の研究の概要

MALDI-MS技術によるプロテインタイピング技術は抗体やオリゴヌクレオチド等のプローブ不要の生物分類技術であり、生命科学研究のゲームチェンジ技術の一つとして社会へ浸透している。一方、癌抗原、胎児抗原、血清型等、実用分子指標である糖鎖構造情報取得はイオン化効率の問題により取り残されている。本課題は代表者が開発した糖鎖選択的イオン化技術を鍵としたMALDIグリコタイピン技術基盤を構築するものである。

研究実績の概要

本年度は糖鎖選択的イオン化技術の基盤強化を図るとともに、測定対象分子の拡張のための基盤構築と実証研究を実施した。また、昨年度までに構築した微生物O抗原の迅速分析技術の検体数拡大を図ると共に、糖鎖選択敵的イオン化技術を活用したMALDIイメージングのための基盤構築を行った。まず、糖鎖選択的イオン化技術の理論実証のため、1991年に世界初の糖鎖MALDI-MS解析用マトリックスとして報告された3-Amino-4-hydroxybenzoic Acid (AHBA)に着目した直接糖鎖解析技術を開発した。代表者は2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB)とアニリン誘導体混合物を基盤とした糖鎖選択的イオン化技術を開発したが、AHBAはDHBとアニリンの構造を併せ持つ分子である。しかし、AHBAはDHBと比較すると糖鎖のイオン化効率が低いためMALDIマトリックスとしての利用されなくたった。我々はAHBAが代表者の研究コンセプト基盤となったペプチド等より糖鎖選択性の高いイオン化能を有していることを見出し、アルカリ金属添加により、その特性を先鋭化した。さらに、レーザー照射に伴うイオン生成量が低いことを活用し、強レーザー照射によるインソース分解を組み合わせた糖タンパク質糖鎖直接解析に最適であることを見出し、無処理生物ムチンからのO-結合型(ムチン型)糖鎖構造パターンの直接解析に世界で初めて成功した。また、MALDIグリコタイピング対象拡大のため、従来の糖鎖捕捉技術glycoblottingと弱イオン交換技術を高度に融合した硫酸化およびリン酸化糖鎖の迅速識別分析技術の構築に成功した。さらに、水鳥卵白糖鎖のリン酸化と硫酸化に着目した大規模グライコミクス研究を行い、糖鎖の硫酸化とリン酸化が水鳥を自然宿主とするインフルエンザウイルスの水鳥種間罹患率と相関することを見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

世界初のN-結合型糖タンパク質糖鎖のインソース分解と糖鎖選択的イオン化技術構築の達成、世界初のO抗原多糖パターンの超迅速タイピング技術構築の実証に加え、世界初のムチン中のO-結合型糖鎖のインソース分解と糖鎖選択的イオン化による直接かつ選択的なMALDIグリコタイピングにそれぞれ成功した。さらに、代表者らが開発に関わり世界のグライコミクス研究の先導的な技術となったGlycoblotting法を活用し、従来のグライコミクス研究技術では達成困難であった生物検体中の糖鎖硫酸化パターンの糖鎖解析技術の構築と、その配するプット糖鎖解析への利用によるインフルエンザウイルス感染罹患率と糖鎖硫酸化、リン酸化パターンの相関の発見に成功した。糖鎖の硫酸化やリン酸化はその物性、代謝経路、およびシグナルの重要因子として着目されており、1980年代のモノクローナル構築技術に伴い、様々な硫酸化糖鎖抗原が診断指標や生物学的指標として見出された。しかし、近年のグライコミクス研究ではその取扱いが困難であるため、「存在しないもの」として取り扱われる傾向にあり、硫酸化を対象とする研究は極めて一部の研究者による煩雑かつ高度な技術を要する研究例に限られていた。本年度の研究成果はそれぞれ、これらの糖鎖研究の停滞原因を打ち破るゲームチェンジ技術となることが期待されるものである。

今後の研究の推進方策

N-結合型およびO-結合型糖タンパク質糖鎖の直接解析技術、微生物O抗原の迅速解析技術、硫酸化糖鎖とリン酸化糖鎖の迅速識別解析技術など、本研究課題で構築した重要基盤技術の展開研究を図るともに、より広範な「糖鎖情報」の迅速取得のための基盤技術構築を推進する。また、糖鎖選択的イオン化技術の理論基盤構築の推進による新規マトリックスの設計と実用化、糖鎖を指標とした微生物MALDIタイピング技術の構築と実用化、糖タンパク質製剤やワクチン開発及び利用ための直接品質管理技術の構築など、企業や専門研究者と連携した新規プロジェクト構築のための基盤構築を推進する。
また、MALDIグリコタイピングの加速を実現するマトリックスの設計と利用も行う。具体的には、O-結合型糖タンパク質糖鎖の直接解析に使用したAHBAはイオン化効率が低いことを特徴としているが、そのイオン化効率を変化させることによる糖鎖イオン化の選択性、SN比、ピーク半値幅、インソース分解特性、インソース分解位置、インソース分解後のイオン化断片選択性、インソース分解後のTOF/TOF解析特性など、MALDIグリコタイピングに必要または利用可能な特性とその機構について系統的な解析を実施する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (9件)

  • [国際共同研究] Addis Ababa University(エチオピア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] De La Salle University(フィリピン)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Adichunchanagiri University/University of Mysore(インド)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of La Rioja/CICbioGUNE(スペイン)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Ludwig Maximilians University of Munich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Glycoblotting-Based Ovo-Sulphoglycomics Reveals Phosphorylated N-Glycans as a Possible Host Factor of AIV Prevalence in Waterfowls2024

    • 著者名/発表者名
      Montalban Bryan M.、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Infectious Diseases

      巻: 10 号: 2 ページ: 650-661

    • DOI

      10.1021/acsinfecdis.3c00520

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sulfated N-glycans Upregulation in Sera Predicts Early-Stage Breast Cancer in Patients2024

    • 著者名/発表者名
      Feleke Dereje G.、Montalban Bryan M.、Gizaw Solomon T.、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      medRxiv (Oncology)

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.27.24305000

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Galectin-3 Plays a Role in Neuroinflammation in the Visual Pathway in Experimental Optic Neuritis2024

    • 著者名/発表者名
      Funaki Masako、Nio-Kobayashi Junko、Suzuki Ryoji、Bando Yoshio
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 13 号: 7 ページ: 612-612

    • DOI

      10.3390/cells13070612

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DHB Matrix with Additives for Direct MALDI Mass Spectrometry of Carbohydrates and Glycoconjugates2023

    • 著者名/発表者名
      Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      Trends in Glycoscience and Glycotechnology

      巻: 35 号: 204 ページ: E19-E22

    • DOI

      10.4052/tigg.2214.1E

    • ISSN
      0915-7352, 1883-2113
    • 年月日
      2023-03-25
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Altering the Modular Architecture of Galectins Affects its Binding with Synthetic α‐Dystroglycan O‐Mannosylated Core M1 Glycoconjugates In situ2023

    • 著者名/発表者名
      Villones Lareno L.、Ludwig Anna-Kristin、Kikuchi Seiya、Ochi Rika、Nishimura Shin-Ichiro、Gabius Hans-Joachim、Kaltner Herbert、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: - 号: 14

    • DOI

      10.1002/cbic.202200783

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Glycoblotting enables seamless and straightforward workflow for MALDI‐TOF/MS‐based sulphoglycomics of N‐ and O‐glycans2023

    • 著者名/発表者名
      Montalban Bryan M.、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      PROTEOMICS

      巻: 23 号: 19 ページ: 2300012-2300012

    • DOI

      10.1002/pmic.202300012

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural and molecular insight into antibody recognition of dynamic neoepitope in membrane tethered MUC1 of pancreatic cancer cells and secreted exosomes2023

    • 著者名/発表者名
      Hajime Wakui, Yasuhiro Yokoi, Chieko Horidome, Toyoyuki Ose, Yao Min, Yoshikazu Tanaka, Hiroshi Hinou, Shin-Ichiro Nishimura
    • 雑誌名

      RSC Chemical Biology

      巻: 4 号: 8 ページ: 564-572

    • DOI

      10.1039/d3cb00036b

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sodium-Doped 3-Amino-4-hydroxybenzoic Acid: Rediscovered Matrix for Direct MALDI Glycotyping of O-Linked Glycopeptides and Intact Mucins2023

    • 著者名/発表者名
      Urakami Shogo、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 23 ページ: 16836-16836

    • DOI

      10.3390/ijms242316836

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] MALDI-TOF MSによるO抗原迅速同定法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      Urakami Shogo、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      質量分析

      巻: 70 号: 4 ページ: 237-240

    • DOI

      10.5702/massspec.S22-60

    • ISSN
      1340-8097, 1880-4225, 1884-3271
    • 年月日
      2022-12-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct MALDI Glycotyping of Glycoproteins toward Practical Subtyping of Biological Samples2022

    • 著者名/発表者名
      Urakami Shogo、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 43 ページ: 39280-39286

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c05429

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] BOA/DHB/Na: An Efficient UV-MALDI Matrix for High-Sensitivity and Auto-Tagging Glycomics2022

    • 著者名/発表者名
      Barada Erina、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 20 ページ: 12510-12510

    • DOI

      10.3390/ijms232012510

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exploring the In situ pairing of human galectins toward synthetic O-mannosylated core M1 glycopeptides of α-dystroglycan2022

    • 著者名/発表者名
      Villones Lareno L.、Ludwig Anna-Kristin、Kumeta Hiroyuki、Kikuchi Seiya、Ochi Rika、Aizawa Tomoyasu、Nishimura Shin-Ichiro、Gabius Hans-Joachim、Hinou Hiroshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 17800-17800

    • DOI

      10.1038/s41598-022-22758-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective reaction monitoring approach using structure-defined synthetic glycopeptides for validating glycopeptide biomarkers pre-determined by bottom-up glycoproteomics2022

    • 著者名/発表者名
      Shiratori Kouta、Yokoi Yasuhiro、Wakui Hajime、Hirane Nozomi、Otaki Michiru、Hinou Hiroshi、Yoneyama Tohru、Hatakeyama Shingo、Kimura Satoshi、Ohyama Chikara、Nishimura Shin-Ichiro
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 号: 33 ページ: 21385-21393

    • DOI

      10.1039/d2ra02903k

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation 6 Polyamidoamine Dendrimer Provides an Ideal Nanoparticular Platform for Enzyme-assisted Synthesis of Glycopeptides Having Bulky and Complex Glycans2022

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Takahiko、Hinou Hiroshi、Nishimura Shin-Ichiro
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 号: 11 ページ: 1044-1048

    • DOI

      10.1246/cl.220344

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 黄体機能マーカーとしてのガレクチンおよびシアル酸転移酵素の発現解析2024

    • 著者名/発表者名
      小林純子、比能洋
    • 学会等名
      第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Glycotyping: Old and New Concept of Glycoscience2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Hinou
    • 学会等名
      108th Indian Science Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural and functional glycotyping using MALDI-MS and microarray2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Hinou
    • 学会等名
      I GlycoForum
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Glycotyping: Old and New Concept of Glycoscience2023

    • 著者名/発表者名
      比能洋
    • 学会等名
      108th Indian Science Congress
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MALDI Glycotyping of Glycoproteins, Biofluids, and Bacterial O-antigens2022

    • 著者名/発表者名
      比能洋
    • 学会等名
      International Congress on Pure and Applied Chemistry (ICPAC) Kota Kinabalu 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Hinou Group

    • URL

      https://sites.google.com/eis.hokudai.ac.jp/hinou

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] JSPS Core-to-Core B

    • URL

      https://sites.google.com/eis.hokudai.ac.jp/hinou/jsps-core-to-core-b

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Laboratory of Advanced Chemical Biology

    • URL

      https://life.sci.hokudai.ac.jp/en/fa/lab/advanced-chemical-biology

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 北海道大学研究者総覧_比能 洋

    • URL

      https://researchers.general.hokudai.ac.jp/profile/en.d016735da857b7f4520e17560c007669.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 研究者インタビュー「糖を知りたい!甘さだけじゃない糖の魅力」

    • URL

      https://life.sci.hokudai.ac.jp/mf/topic/11222

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 浦上彰吾さんが、第70 回質量分析総合討論会でベストプレゼンテーション賞最優秀賞を受賞

    • URL

      https://life.sci.hokudai.ac.jp/fa/topic/11606

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Young Researcher Presentation Award

    • URL

      https://life.sci.hokudai.ac.jp/en/tl/topic/11889

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 生命科学院博士課程 1年 浦上彰吾さんが、第4回日本糖質学会優秀講演賞を受賞

    • URL

      https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl/topic/12661

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] ガレクチン1が糖タンパク質間を繋ぐ仕組みを再現~筋ジストロフィーや癌治療の新たな糸口~

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/2023/03/post-1202.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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