人工栄養素結合体の化学シグナル

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06408
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 上杉 志成 京都大学, 化学研究所, 教授 (10402926)
• 研究分担者: 竹本 靖 京都大学, 化学研究所, 助教 (50453543)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: ケミカルバイオロジー / 化合物ライブラリー

研究実績の概要

本研究の目的は、天然物と合成化合物の中間にあたる「人工栄養素結合体」という新しい分野を開拓することである。天然物である栄養素の複数を網羅的に化学結合させた人工栄養素結合体のライブラリーを化学合成し、さまざまな細胞アッセイでスクリーニングする。活性のある結合体のメカニズムを解析し、化学コミュニケーションを理解する。
本研究は３段階ですすめている。①人工栄養素結合体ライブラリーの作成、②細胞ベーススクリーニング、③作用メカニズムと化学シグナルの解析である。2017年度までに、①人工栄養素結合体ライブラリーの作成を完結させた。2018年度は、②細胞ベーススクリーニングにすすんだ。二種のスクリーニングを完結させた。
ひとつは、エネルギー代謝を変調する化合物の探索である。様々な代謝のシグナルは、脂質生合成の司令塔であるSREBPという転写因子に影響を及ぼす。その結果、SREBP転写因子の活性化を阻害する化合物を複数同定した。そのうちのＤＨＧと名づけた化合物について、作用メカニズムと化学シグナルの解析を先行して行った。作用標的の解析の結果、ＤＨＧはグルコーストランスポーターを直接阻害し、細胞内のＡＴＰ濃度を下げ、ＡＭＰＫが活性化する。その結果、ＳＲＥＢＰがリン酸化されて阻害されると考えられる。
もうひとつは、免疫を賦活する化合物の探索である。スクリーニングの結果、マクロファージ細胞や樹状細胞でサイトカインの産生を促進する化合物を同定した。このＦ１Ｄと名づけた化合物やその類縁体について、作用メカニズムと化学シグナルの解析にすすんだ。解析の結果、Tool Like Receptorが標的であることが判明した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

人工栄養素結合体ライブラリー免疫を賦活する化合物を作成し、そこからエネルギー代謝のシグナルを変調するＤＨＧと免疫を賦活するＦ１Ｄという二つの生理活性分子の発見に成功した。標的タンパク質の同定は概して困難だが、2018年度はこれらの標的タンパク質を先行して同定した。順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

2019年度は、③作用メカニズムと化学シグナルの解析を引き続き行う。主に、ＤＨＧとＦ１Ｄと名づけた化合物についてメカニズム解析を行う。ひとつは、エネルギー代謝を変調するＤＨＧ化合物についての解析。2018年度に行った予備解析の結果、ＤＨＧはグルコーストランスポーターを直接阻害し、細胞内のＡＴＰ濃度を下げ、ＡＭＰＫが活性化する。その結果、ＳＲＥＢＰがリン酸化されて阻害されると考えられる。この化学シグナルは、糖がなければ脂質を生合成しないというシグナルの一つ。2019年度はその詳細を解析する。また、ＤＨＧをマウスに経口投与するとグルコースの腸管吸収を阻害し、血糖値を下げると期待される。共同研究で動物実験も合わせて行う。
もうひとつは、免疫を賦活するＦ１Ｄの解析。マクロファージ細胞や樹状細胞でサイトカインの産生を促進する化合物を同定した。2018年度に行った予備解析の結果、Tool Like Receptorが標的であることが判明した。2019年度は、ノックアウト細胞の実験や生化学的実験により、どのTool Like Receptorが直接の標的であるかを確認する。Ｆ１Ｄはこれまでに知られているTool Like Receptorのリガンドとは構造式が全く異なる。胆汁酸とアミノ酸の誘導体であり、胆汁酸の誘導体が免疫に関連している可能性がある。様々な胆汁酸誘導体を合成し、構造活性相関を得る。それにより、内因性のリガンドを発見できる可能性がある。また、マウスでワクチンアジュバントとして機能する可能性がある。共同研究で動物実験も合わせて行う。

研究成果

• [雑誌論文] Multifunctionalization of Cells with a Self-Assembling Molecule to Enhance Cell Engraftment (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashima, I., Kusamori, K., Hakariya, H., Takashima, M., Vu, TH., Mizukami, Y., Noda, N., Takayama, Y., Katsuda, Y., Sato, S., Takakura, Y., Nishikawa, M., Uesugi, M.
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 14 ページ: 775-783
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concise synthesis of 23-hydroxylated vitamin D3 metabolites (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawagoe, F., Sugiyama, T., Yasuda, K., Uesugi, M., Sakaki, T., Kittaka, A.
  • 雑誌名: The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology 巻: 186 ページ: 161-168
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2018.10.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hes1 plays an essential role in Kras-driven pancreatic tumorigenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa, Y., Kodama, Y., Shiokawa, M., Matsumori, T., Marui, S., Kuriyama, K., Kuwada, T., Sogabe, Y., Kakiuchi, N., Tomono, T., Mima, A., Morita, T., Ueda, T., Tsuda, M., Yamauchi, Y., Sakuma, Y., Ota, Y., Maruno, T., Uza, N., Uesugi, M., Kageyama, R., Chiba, T., Seno, H.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41388-019-0718-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Effects of Fusicoccin upon Upregulation of 14-3-3-Phospholigand Interaction and Cytotoxic Activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohkanda, J., Kusumoto, A., Punzalan, L., Masuda, R., Wang, C., Parvatkar, P., Akase, D., Aida, M., Uesugi, M., Higuchi, Y., Kato, N.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 ページ: 16066-16071
  • DOI: 10.1002/chem.201804428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of a Multiplexed Artificial Cellular MicroEnvironment Array (2018)
  • 著者名/発表者名: Mashimo, Y., Yoshioka, M., Tokunaga, Y., Fockenberg, C., Terada, S., Koyama, Y., Shibata-Seki, T., Yoshimoto, K., Sakai, R., Hakariya, H., Liu, L., Akaike, T., Kobatake, E., How, SE., Uesugi, M., Chen, Y., Kamei, KI.
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: - ページ: e57377
  • DOI: 10.3791/57377
  • 査読あり
• [雑誌論文] A robust split-luciferase-based cell fusion screening for discovering myogenesis-promoting molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Li, Q., Yoshimura, H., Komiya, M., Tajiri, K., Uesugi, M., Hata, Y., Ozawa, T.
  • 雑誌名: The Analyst 巻: 143 ページ: 3472-3480
  • DOI: 10.1039/c8an00285a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Live-cell imaging of multiple endogenous mRNAs permits the direct observation of RNA granule dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Yatsuzuka, K., Sato, S., Pe, KB., Katsuda, Y., Takashima I., Watanabe, M., Uesugi, M.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 ページ: 7151-7154
  • DOI: 10.1039/c8cc03805h
  • 査読あり
• [学会発表] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: 2019 Queenstown Molecular Biology (QMB) Meetings in Shanghai
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 生理活性合成化合物の新しい世界 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上杉 志成
  • 学会等名: 第42回白金シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: 2nd SPIRITS Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: The 1st International Symposium on the Chemical Communications (ISCC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: Special Seminar, Nanjing University
  • 招待講演
• [学会発表] Nutrient-Oriented Peptide Library as a Source of Energy Metabolism Modulators (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: 10th International Peptide Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small Molecules That Control Energy Metabolism (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: A3 Lecture, Zhejiang University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エネルギー代謝を制御する小分子化合物 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上杉 志成
  • 学会等名: 第4回Neo Vitamin D Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic Molecules for Cell Biology and Cell Therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: BOSS XVI - 16th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small Molecules That Control Lipid Homeostasis (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: The 24th IUBMB and 15th FAOBMB Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 25‐hydroxyvitamin D and Lipid Metabolism (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: The 21st Workshop on Vitamin D
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脂質代謝ケミカルバイオロジー (2018)
  • 著者名/発表者名: 上杉 志成
  • 学会等名: 第91回 日本内分泌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] New Opportunities of Synthetic Bioactive Molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Motonari Uesugi
  • 学会等名: POSTECH Seminar
  • 招待講演
• [備考] 京都大学化学研究所上杉研究室
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~uesugi/ja/index.php
• [産業財産権] Nutrient Conjugates (2019)
  • 発明者名: 上杉志成、古田智行、西川元也
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-007537
• [産業財産権] 免疫を賦活化する自己集合体 (2018)
  • 発明者名: 上杉志成、フエ・ティ・ブー、吉田大樹、山崎晶、島根徹
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2018-161582