高圧下および高圧処理後の筋肉内デコリン分子構造変化の解析

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K08005
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 西海 理之 新潟大学, 自然科学系, 教授 (60228153)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: デコリン / プロテオグリカン / 高圧処理 / 静水圧 / 立体構造 / 表面疎水性 / 筋肉内結合組織 / 食肉科学

研究実績の概要

我々は、これまでの研究から、高圧処理による筋肉内結合組織の脆弱化には、筋肉内結合組織の主要構成成分であるコラーゲン線維を接着・強化しているデコリンのコラーゲンからの解離が関与することを予想し、高圧処理に伴うデコリン分子構造の変化を詳細に検討することを目的とした。以上の目的から、初年度の平成28年度では、まずウシ骨格筋から筋肉内デコリンを抽出・単離・精製を行った。精製されたデコリンが１本のデルマタン硫酸鎖と約50 kDaのコアタンパク質を有することを確認したのちに精製デコリンからコアタンパク質を調製し、デコリン分子の三次構造を解析したところ、400 MPaまでの高圧処理でデコリン分子の三次構造が不可逆的に変化することを見出した。
平成29年度では、上記の結果をさらに確立するため、トリプトファン残基及びチロシン残基を内部プローブとして高圧下でのデコリン分子の蛍光スペクトルを測定し、並びに、ANS試薬を添加して高圧下でデコリン分子表面の疎水性の変化を測定した。さらに、SDS-PAGEにより、高圧処理に伴うデコリン分子の分解を解析した。以上の実験から、デコリン分子は高圧処理により分解されることはないが、処理圧力の上昇に伴って疎水性アミノ酸残基が徐々に分子表面に露出する方向でデコリン分子の立体構造が変化してゆき、400 MPaの高圧処理を行うと、圧力解放後もデコリン分子の立体構造は元に戻らないことが示された。以上の高圧下でのデコリン分子の立体構造変化がコラーゲン線維との相互作用に関係することが推測された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

筋肉内デコリンの単離精製並びにデコリン分子立体構造変化解析実験等は順調に進展したが、平成29年度に予定していたもう一つの実験（デコリン分子の二次構造解析）にまでは至らず、進捗としてはやや遅れていると判断した。デコリン分子の二次構造解析にためには単離精製デコリン試料が大量に必要となるため、平成29年度後半でデコリン単離精製の負担が大きくなったためである。デコリン分子の二次構造解析は、平成30年度前半にさらに大量のデコリンを単離精製してから平成30年度後半に実施する。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、
（１）平成30年度に予定している解析実験には大量の精製デコリンが必要となるため、引き続き年間を通して（特に年度前半に）ウシ筋肉内デコリンを抽出・単離・精製する。
（２）高圧下並びに高圧処理後のデコリンコアタンパク質のＣＤ解析を行い、デコリン分子の二次構造変化及びその可逆・不可逆性を検討する。
（３）高圧下でのデコリン分子の遊離SH基量を測定し、デコリン分子の三次構造変化との関連性を検討する。

次年度使用額が生じた理由

消耗品費は、予定していたＣＤ解析を平成30年度に持ち越したこと，並びに高圧装置消耗品費がほとんどなかったため、当初計画よりも減額となったが、平成30年度では着実に実験を遂行するので、当初予算通りに執行できる。また旅費に関しては、平成29年度では成果報告を行わなかったために執行しなかったが、平成30年度では８月にオーストラリアでの国際会議ににて成果を発表する予定である。また、平成29年度では筋肉内デコリンの単離精製実験に多くの労力を費やし、そのため実験補助に係る謝金の支出が多くなった。平成30年度も同様なことが考えられるので、当初計画よりも謝金を増額する予定である。その他の費用に関しては、平成30年度に機器の修理が見込めれたため、平成29年度計上部分を平成30年度に繰り越すことを試みた。
以上のことから、平成30年度では、物品費55万，旅費40万，人件費・謝金30万，その他30万の計画で研究を遂行する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Control of the generation time of microorganisms by long-term application of hydrostatic pressure of 50 MPa or less (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogino, M. and Nishiumi, T.
  • 雑誌名: Food Science and Technology Research 巻: 24 ページ: 289-298
  • DOI: 10.3136/fstr.24.289
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Technological demands of meat processing. An Asian perspective (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang, W., Naveena, B.M., Jo, C., Sakata, R., Zhou, G., Banerjee, R. and Nishiumi, T.
  • 雑誌名: Meat Science 巻: 132 ページ: 35-44
  • DOI: 10.1016/j.meatsci.2017.05.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural modification of myofibrillar proteins by high-pressure processing for functionally improved, value-added, and healthy muscle gelled foods (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen Xing、Tume Ronald Keith、Xiong Youling、Xu Xinglian、Zhou Guanghong、Chen Conggui、Nishiumi Tadayuki
  • 雑誌名: Critical Reviews in Food Science and Nutrition 巻: Online ページ: 1～23
  • DOI: 10.1080/10408398.2017.1347557
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Relationships among muscle fiber type composition, fiber diameter and MRF gene expression in different skeletal muscles of naturally grazing Wuzhumuqin sheep during postnatal development (2017)
  • 著者名/発表者名: Siqin, Q., Nishiumi, T., Yamada, T., Wang, S., Liu, W., Wu, R. and Borjigin G.
  • 雑誌名: Animal Science Journal 巻: 88 ページ: 2033-2043
  • DOI: 10.1111/asj.12848
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pork loin treated with high hydrostatic pressure as a food processing technology: Subacute toxicity of the freeze-dried powder and cytotoxicity of the methanol extracts (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito, M., Nishida, M., Eitsuka, T., Kim, Y.-J., Nishiumi, T., Konishi, T., Urakami, H., and Nishida, H.
  • 雑誌名: Food Safty 巻: 5 ページ: 98-109
  • DOI: 10.14252/foodsafetyfscj.2016030
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Microbial-control technology using hydrostatic pressure less than 50 MPa (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogino, M., Kazama, Y., Yamazaki, A. and Nishiumi, T.
  • 学会等名: 9th International Meeting on Biomolecules under Pressure (IMBP2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 酸性条件下高圧処理が鶏卵白オボアルブミンの立体構造に及ぼす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬千里，蛭田あゆみ，太刀川泰生，西海理之
  • 学会等名: 日本畜産学会第123回大会
• [学会発表] 天然ケーシングの硬さに及ぼす要因の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 劉文君，西海理之
  • 学会等名: 日本畜産学会第123回大会
• [学会発表] 高圧処理した低塩牛肉パティの加熱ゲル化の動的粘弾性挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本慎太郎，西海理之，菊地凌
  • 学会等名: 日本畜産学会第123回大会
• [学会発表] 豚肉の物性に及ぼす杜仲葉添加飼料給餌の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部菜月，西海理之，桜井敏行
  • 学会等名: 日本畜産学会第123回大会
• [学会発表] ウシ筋肉内結合組織からのデコリンの単離精製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤崎貴大，大竹祐希，細野匠，西海理之
  • 学会等名: 北信越畜産学会第66回大会
• [学会発表] ソーセージ用豚腸ケーシングの品質向上におけるリン酸塩の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林祥子，西海理之，尹赫一，坂田亮一
  • 学会等名: 第107回日本養豚学会大会
• [備考] 新潟大学 研究者総覧
  • URL: http://researchers.adm.niigata-u.ac.jp/html/612_ja.html
• [備考] 新潟大学農学部ホームページ 教員紹介
  • URL: https://www.agr.niigata-u.ac.jp/teachers/259
• [備考] 新潟大学地域連携フードサイエンスセンター
  • URL: http://www.agr.niigata-u.ac.jp/food-sc/contents/member/person/nishiumi_m/index.html
• [備考] 新潟大学農学部畜産製造学研究室
  • URL: https://www.agr.niigata-u.ac.jp/%7Eriesan/chikusei.htm