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2018 年度 実施状況報告書

新規環状ジセレニド化合物の合成とフォールディング病に対する薬理効果の検証

研究課題

研究課題/領域番号 17K18123
研究機関東海大学

研究代表者

荒井 堅太  東海大学, 理学部, 講師 (60728062)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードセレン / フォールディング / 酸化ストレス / 神経変性疾患 / セレネニルスルフィド
研究実績の概要

酸化還元酵素の一種であるProtein disulfide isomerase(PDI)はタンパク質の酸化的フォールディング反応を触媒する。しかし、PDIの活性中心におけるチオール(SH)基は酸化的にニトロソ化されることで酵素活性が著しく減退し、タンパク質のミスフォールディングを助長する。ミスフォールド体は致命的な神経変性疾患の原因となると考えられており、有効な医薬製剤開発が急がれる。本研究では、ROS・RNS 除去および失活PDI の還元的再活性化の両者を促す両機能性試薬の開発を目指した。
本研究課題2年目は、①:昨年度までに合成した化合物のニトロソ化による失活型PDIの再活性化、②:分子デザインの再考と合成検討、③:新規化合物の酸化還元挙動の解明、以上3点について検討した。
①:昨年度に合成したジセレニド(Se-Se)化合物シリーズを触媒としてPDIの脱ニトロソ化活性の評価を行った。しかし、当初想定していた活性よりも低く。分子デザインの再考を余儀なくされた。
②:①を受け、より高い脱ニトロソ化触媒活性を期待し、新たにセレネニルスルフィド(Se-S)結合を鍵モチーフとする新規化合物の合成に取り組んだ。目的化合物を滞りなく得ることができた為、さらに化合物が持つアミノ基に種々のアミノ酸を導入することで、さらなる活性の強化を図った。
③:基礎知見として合成化合物の酸化還元電位の測定を行った。結果として、合成したすべてのSe-S系化合物はSe-Se系化合物よりも高い酸化還元電位を有しており、Se-S結合がチオール分子によって容易にセレノール(SeH)・チオール(SH)体へと活性化されることが明らかとなった。このため、合成したSe-S系化合物が高いオキシドレダクターゼ様活性を有することも明らかにした。現在、これらの内容をまとめた論文を国際化学誌に投稿し、査読中である。

現在までの達成度 (区分)
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

プロジェクト開始時(前年度)に想起していた各種化合物の触媒活性が低かったことは予定外であったものの、その後の分子設計の再考と合成は滞りなく進行した。良好な生物活性も確認されており、本プロジェクトの進捗状況は概ね良好といえる。

今後の研究の推進方策

3年目は、今年度合成した化合物を触媒として「失活型PDIの再活性化実験」を行う。今年度と同様に、PDI活性中心のチオール(SH)基をS-ニトロソ化したS-ニトロソPDI(SNO-PDI)を失活型PDIとして調整し、試験管内における合成化合物の脱ニトロソ化触媒能を評価する。さらに、今年度は、細胞内における脱ニトロソ化活性についても検討する予定である。培養細胞に対して合成化合物を用いて処理した後、ニトロソ化試薬(ニトロソシステイン等)を添加し、細胞内ニトロソ化タンパク質レベルを定量する。さらに、細胞内の病原性タンパク質(アミロイドβ)とROS種の量を定量し、化合物群の神経変性疾患に対する薬理活性について検証する(PLoS one, 2011, 6, e25788)。一方、ROS・RNSによる小胞体ストレスとMF体生成応答による細胞アポトーシスの抑制機能も評価する。文献(Methods Mol Biol. 2009, 559, 191)を参考に、マウス胚性線維芽細胞を用いた実験にて検証する。

次年度使用額が生じた理由

国際会議参加にともなう海外出張旅費として使用する予定であったが、学内の海外出張助成金に申請したところ、採択され、これによって必要経費を賄うことが出来たため。
生じた未使用分は、次年度の消耗品購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Coupling effects of thiol and urea-type groups for promotion of oxidative protein folding2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Shunsuke、Matsusaki Motonori、Arai Kenta、Hidaka Yuji、Inaba Kenji、Okumura Masaki、Muraoka Takahiro
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 759~762

    • DOI

      10.1039/C8CC08657E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization and optimization of two-chain folding pathways of insulin via native chain assembly2018

    • 著者名/発表者名
      Arai Kenta、Takei Toshiki、Shinozaki Reina、Noguchi Masato、Fujisawa Shouta、Katayama Hidekazu、Moroder Luis、Ando Setsuko、Okumura Masaki、Inaba Kenji、Hojo Hironobu、Iwaoka Michio
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 1 ページ: 1~11

    • DOI

      10.1038/s42004-018-0024-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] インスリンの高次構造形成過程の解明2018

    • 著者名/発表者名
      荒井 堅太、岩岡 道夫
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 54 ページ: 1135~1139

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.54.12_1135

  • [雑誌論文] インスリンの簡便な化学合成法の開発─未来の糖尿病治療への期待2018

    • 著者名/発表者名
      荒井 堅太、岩岡 道夫
    • 雑誌名

      化学

      巻: 73 ページ: 29~33

  • [学会発表] Bio-redox regulation by small molecular diselenide and selenenyl sulfide compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Kenta Arai
    • 学会等名
      VII Encontro sobre Enxofre, Selenio e Telurio and 7th Workshop of the SeS Redox & Catalysis
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生体酸化還元反応を制御する含セレン酵素ミミックの開発2018

    • 著者名/発表者名
      荒井堅太
    • 学会等名
      細胞でつながる研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] インスリンおよびセレノインスリンの化学合成と生物活性2018

    • 著者名/発表者名
      荒井堅太
    • 学会等名
      第45回有機典型元素化学討論会
  • [備考] 東海大学理学部化学科 荒井堅太 研究室

    • URL

      https://www.tokai-arai-lab.com/

  • [備考] 東海大・阪大・東北大・福岡大、インスリンの簡便な化学合成法を開発

    • URL

      https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP478851_X00C18A5000000/

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公開日: 2019-12-27  

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