光合成細菌がもつ高い抗酸化力を示す直鎖状ケト化カロテノイドの疾病予防効果の評価

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05577
• 研究機関: 久留米大学
• 研究代表者: 原田 二朗 久留米大学, 医学部, 講師 (10373094)
• 研究分担者: 山本 健 久留米大学, 医学部, 教授 (60274528) ; 溝口 正 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (90343665) ; 佐藤 秀明 久留米大学, 医学部, 准教授 (60271996)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 微生物応用 / 生体分子 / 生体機能利用 / 薬理学 / 糖尿病

研究実績の概要

酸化ストレスを原因とする肥満から発展するメタボリックシンドロームは、脳梗塞や心筋梗塞のリスクファクターとなることから、予防法の開発が急務である。応募者はこれまでに、光合成細菌の直鎖型ケト化カロテノイドに優れた抗酸化能力が備わっていることを見出してきた。本研究では未だ動物実験では使われたことがないケト化カロテノイドを調べることで、メタボリックシンドロームの予防効果について検討する。
平成29年度においても前年度同様に糸状性酸素非発生型光合成細菌Chloroflexus aurantiacusがもつ、糖鎖型ケト化カロテノイドに着目した。この細菌は4-keto3’,4’-didehydro-OH-g-carotene glucosideを最終産物とし、その中間体としても共役二重結合が異なる糖鎖型ケト化カロテノイドを合成する。これらのカロテノイドの合成経路の解明を行った。まず、この細菌の培養を条件を変えて行い、そのカロテノイド組成を分析したところ、嫌気光合成培養下では見られなかったケト化カロテノイドが、好気条件下でのみ合成していることが分かった。また、ゲノム上に見出されたカロテノイド合成酵素の相同性遺伝子を大腸菌の中で発現し、合成されるカロテノイドの分析を行った。その結果、この細菌のカロテノイド合成にはcrtE、crtB、crtI、crtY、crtO、cruF、cruCおよびcruD遺伝子が関与することが分かり、合成経路の決定を行った。カロテノイドのケト化はcrtO遺伝子が関与することが分かったので、C.　aurantiacusにおける転写量を調べたところ、酸素存在条件下で転写量が上昇することが分かった。C. aurantiacusにおいてケト化カロテノイドは酸素条件下で合成され、抗酸化作用によって酸化障害から細胞を保護していると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] In vivo Excited Energy Transfer of Bacteriochlorophyll c, d, e, or f to Bacteriochlorophyll a in the Wild-Type and Mutant Cells of the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum limnaeum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada J, Shibata Y, Teramura M, Mizoguchi T, Kinoshita Y, Yamamoto K, Tamiaki H
  • 雑誌名: ChemPhotoChem 巻: 2 ページ: 190-195
  • DOI: doi.org/10.1002/cptc.201700164
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA methylation of the Klf14 gene region in whole blood cells provides prediction for the chronic inflammation in the adipose tissue. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwaya C, Kitajima H, Yamamoto K, Maeda Y, Sonoda N, Shibata H, Inoguchi T
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 497 ページ: 190-195
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-dependent accumulation of new bacteriochlorophyll-e bearing a vinyl group at the 8-position in the green sulfur bacterium Chlorobaculum limnaeum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizoguchi T, Kinoshita Y, Harada J, Ogasawara S, Tamiaki H
  • 雑誌名: J Photochem Photobiol A Chem 巻: 358 ページ: 356-361
  • DOI: doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.08.071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-wide DNA methylation analysis reveals hypomethylation in the low-CpG promoter regions in lymphoblastoid cell lines. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi I, Iwaya C, Ohnaka K, Shibata H, Yamamoto K
  • 雑誌名: Hum Genomics 巻: 11 ページ: 8
  • DOI: 10.1186/s40246-017-0106-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenome-wide accociation of myocardial infarction with DNA methylation sites at loci related to cardiovascular disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakatochi M, Ichihara S, Yamamoto K, Naruse K, Yokota S, Asano H, Matsubara T, Yokota M
  • 雑誌名: Clin Epigenetics 巻: 9 ページ: 54
  • DOI: 10.1186/s13148-017-0353-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein-Truncating Variants at the Cholesteryl Ester Transfer Protein Gene and Risk for Coronary Heart Disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura A, ～Yamamoto K, (他63名)
  • 雑誌名: Circ Res 巻: 121 ページ: 81-88
  • DOI: doi: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular Structures and Functions of Chlorophylls-a Esterified with Geranylgeranyl, Dihydrogeranylgeranyl, and Tetrahydrogeranylgeranyl Groups at the 17-Propionate Residue in a Diatom, Chaetoceros calcitrans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mizoguchi T, Isaji M, Yamano N, Harada J, Fujii R, Tamiaki H
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 ページ: 3682-3688
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple common and rare variants of ABCG2 cause gout. (2017)
  • 著者名/発表者名: Higashino T, ～Yamamoto K, (他26名)
  • 雑誌名: RMD Open 巻: 3 ページ: e000464
  • DOI: 10.1136/rmdopen-2017-000464
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The fine-scale genetic structure and evolution of the Japanese population. (2017)
  • 著者名/発表者名: akeuchi F, Katsuya T, Kimura R, Nabika T, Isomura M, Ohkubo T, Tabara Y, Yamamoto K, Yokota M, Liu X, Saw WY, Mamatyusupu D, Yang W, Xu S; Japanese Genome Variation Consortium, Teo YY, Kato N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 ページ: e0185487
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0185487
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Japanese genome-wide association study identifies a significant colorectal cancer susceptibility locus at chromosome 10p14. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y, Sugimachi K, Yamamoto K, Niida A, Shimamura T, Sato T, Watanabe M, Tanaka J, Kudo S, Sugihara K, Hase K, Kusunoki M, Yamada K, Shimada Y, Moriya Y, Suzuki Y, Miyano S, Mori M, Mimori K
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 108 ページ: 2239-2247
  • DOI: doi: 10.1111/cas.13391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro enzymatic assays of photosynthetic bacterial 3-vinyl hydratases for bacteriochlorophyll biosyntheses. (2017)
  • 著者名/発表者名: Teramura M, Harada J, Tamiaki H
  • 雑誌名: Photosynth Res 巻: 135 ページ: 319-328
  • DOI: 10.1007/s11120-017-0415-6
  • 査読あり
• [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum limnaeumを用いたバクテリオクロロフィル c、d、eおよびfの生体内でのエネルギー移動効率の比較. (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 柴田 穣, 寺村美里, 溝口 正, 木下雄介, 山本 健, 民秋 均
  • 学会等名: 日本化学会年会 第98春季年会(2018)
• [学会発表] 繊維性非酸素発生型光合成細菌Chloroflexus aurantiacusの培養条件で変化するカロテノイド合成系. (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 山本 健, 高市真一
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] バクテリオクロロフィル eを合成する緑色硫黄細菌で見られる赤色光に対する応答. (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 溝口 正, 木下雄介, 山本 健, 民秋 均
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 光化学系I型反応中心の紅色光合成細菌への導入. (2018)
  • 著者名/発表者名: 塚谷祐介, 浅井智広, 原田二朗, 溝口 正, 民秋 均, 増田真二
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物型カロテノイド合成系におけるZ-ISO異性化酵素の普遍性. (2018)
  • 著者名/発表者名: 中澤慶翼, 山田昌治, 加藤翔太, 篠村知子, 原田二朗, 高市真一, 杉山健二郎
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum limnaeumが赤色光照射下において合成するC8位ビニルバクテリオクロロフィル eの役割について. (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 溝口 正, 木下雄介, 小笠原 伸, 山本 健, 民秋 均
  • 学会等名: 第8回光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] Two synthetic pathways from phytoene to lycopene in phototrophs: Chloroflexus aurantiacus has CrtI-type phytoene desaturase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaichi S, Harada J
  • 学会等名: 18th International Symposium on Carotenoids
  • 国際学会
• [学会発表] 光合成細菌のアンテナクロロフィル色素の代謝系. (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] 多才な色素合成酵素CORとBchJに関する生化学分子生物学的研究. (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚谷祐介, 原田二朗, 溝口 正, 藤田祐一, 民秋 均
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] 天然クロロフィルのゲル化の検討. (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 溝口 正, 木下雄介, 山本 健, 民秋 均
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 繊維状非酸素発生型光合成細菌Chloroflexus aurantiacusのカロテノイド合成経路：ゲノムに見られる3つのCrtIホモログとCrtYの大腸菌内での機能解析. (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田二朗, 山本 健, 高市真一
  • 学会等名: 第31回カロテノイド研究談話会
• [学会発表] In vitro assay of stereoselective enzymatic reactions in bacteriochlorophyll biosynthetic pathways. (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Teramura, J. Harada, Y. Tsukatani, T. Mizoguchi, H. Tamiaki
  • 学会等名: 8th International Conferene “Photosunthesis and Hydrogen Energy Research for Sustainability -2017”
  • 国際学会
• [学会発表] Hydridization of amphiphilic zinc chlorophyll derivatives with light-harvesting complexes chlorosomes in green sulfur photosynthetic bacteria. (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamashita, N. Takahashi, J. Harada, H. Tamiaki, Y. Saga
  • 学会等名: The Second International Symposium on Biofunctional Chemistry
  • 国際学会
• [備考] Google Scholar: Jiro Harada
  • URL: https://scholar.google.com/citations?user=M61fT_QAAAAJ&hl=en
• [備考] 久留米大学研究者紹介 医学部医化学講座 原田二朗
  • URL: http://research.kurume-u.ac.jp/data.php?scode=82055632889065