糖アルコールリン酸修飾のバイオロジー

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H05648
• 研究機関: 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所)
• 研究代表者: 遠藤 玉夫 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, シニアフェロー (30168827)
• 研究分担者: 田村 純一 鳥取大学, 農学部, 教授 (30221401) ; 加藤 龍一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (50240833) ; 山口 芳樹 東北医科薬科大学, 薬学部, 教授 (90323451) ; 小林 千浩 神戸大学, 医学研究科, 准教授 (90324780) ; 永森 收志 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (90467572)
• 研究期間 (年度): 2019-06-26 – 2024-03-31
• キーワード: 糖鎖 / 糖アルコール / 筋ジストロフィー

研究実績の概要

本研究では、糖アルコールリン酸修飾の生物学的意義を確立することを目的とする。コアM3系O-マンノース（Man）型糖鎖には2個のリビトールリン酸（RboP）からなるタンデム構造（RboP-RboP）が含まれる。一般的に糖鎖は、単糖がグリコシド結合により連結したものであるが、コアM3糖鎖に含まれる糖アルコールリン酸修飾は、Rboあるいはグリセロール（Gro）がリン酸を介して結合するリン酸ジエステル結合である。RboPおよびグリセロールリン酸（GroP）修飾は哺乳類では初めての発見であり、こうした構造が形成される生物学的な意義は不明である。本計画では、糖アルコールリン酸の物理化学的性質や機能を解明する目的で、リン酸ジエステル結合を含むモデル糖鎖を有機化学的に合成する方法の開発を進めている。本年度は、コアM3糖鎖（-GlcA-Xyl-RboP-RboP-GalNAc-GlcNAc-ManP-Thr）に含まれるRboP-GalNAcとRboP-RboP-GalNAcの骨格合成に成功した。これらのモデル糖鎖についてNMR法と分子動力学（MD）計算による解析を進めた。これまでRboの動的構造に関する情報は存在しなかったため、まずはRboについて、溶液1H-NMRスペクトル解析、固体13C-NMRスペクトル解析、MD計算を行った。一方、コアM3系O-Man型糖鎖合成関連酵素の結晶構造解析については、FKTN とTMEM5の結晶構造解析のための大量発現用コンストラクトの構築と発現の確認を行った。また、CDP-Rbo輸送体の探索については、候補分子であるSLC35A1の輸送活性を測定するため大量発現系を構築し精製・再構成の方法を検討した。

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

本年度は、新型コロナ感染症拡大により各研究機関の研究活動が停止された影響で研究に若干の遅れが生じた。特に大量発現のための培養実験では、試薬などのメーカーや販売店の業務が停止されたため培養容器や培地の確保が困難となったが、予算の繰越申請を行うなど、研究再開後の作業を効率的に進めたことで、現在は遅れを取り戻し順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

令和2年度に引き続き、以下の実験を行う。
・コアM3構造におけるRboP-RboPタンデム構造の存在意義について物理化学的側面から検討し、コンフォメーションや運動性に関する知見を得る。今年度合成したRboP-GalNAcとRboP-RboP-GalNAcについてNMR法および分子動力学（MD）計算による解析を進める。また、ラミニン結合との結合に直接関与するGlcA-Xylリピートについても同様の解析を行い、ラミニンとの相互作用に必要な物理化学的性質を明らかにする。
・コアM3系O-Man型糖鎖合成関連酵素の結晶構造を解析しO-Man型糖鎖合成の詳細な分子機構を解明する。FKTN、TMEM5、POMGNT2を大量発現するため、今年度作製した大量発現用コンストラクトを使用して安定発現株を作製する。結晶構造解析用のサンプルを調製し結晶化さらに立体構造の解明を目指す。得られた構造情報と酵素反応機構の相関関係を明らかにするため、基質特異性やアミノ酸置換の影響など生化学的解析も進める。
・我々は、GroP修飾がRboP修飾に競合してコアM3糖鎖の伸長を阻害することを明らかにしている。哺乳類ではRboPの供与基質であるCDP-RboはISPDによって合成されるが、GroP修飾の供与基質であるCDP-Groの合成酵素は不明である。そこで、CDP-Gro合成酵素の同定を目指す。
・CDP-Rboは細胞質で合成されるため酵素反応の場であるゴルジ内腔への輸送が必要とされる。輸送体候補分子であるSLC35A1のCDP-Rbo輸送活性は証明されていないため、CDP-Rbo輸送活性測定法を確立しSLC35A1のCDP-Rbo輸送体活性の同定を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Individual Dosimetry System for Targeted Alpha Therapy Based on PHITS Coupled with Microdosimetric Kinetic Model. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Furuta T, Liu Y, Naka S, Nagamori S, Kanai Y, Watabe T
  • 雑誌名: EJNMMI Phys. 巻: 8 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40658-020-00350-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of fukutin-related protein (FKRP), a ribitol-phosphate transferase related to muscular dystrophy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuwabara N, Imae R, Manya H, Tanaka T, Mizuno M, Tsumoto H, Kanagawa M, Kobayashi K, Toda T, Senda T, Endo T, Kato R.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 11 ページ: 5471
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14220-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stereo- and Regioselective Synthesis of O-Mannosyl Glycan Containing Matriglycan and a Part of Tandem Ribitol Phosphate. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tamura T, Omura Y, Tamura J.
  • 雑誌名: J Org Chem. 巻: 85 ページ: 12935-12946
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconsideration of the Semaphorin-3A Binding Motif Found in Chondroitin Sulfate Using Galnac4s6st-knockout Mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nadanaka S, Miyata S, Yaqiang B, Tamura J, Habuchi O, Kitagawa H
  • 雑誌名: Biomol. 巻: 10 ページ: 1499-1514
  • DOI: 10.3390/biom10111499
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物 FKRP によるリビトールリン酸含有糖鎖の合成機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江 理恵子，萬谷 博，桑原 直之，加藤 龍一，遠藤 玉夫
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 811-816
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920811
• [雑誌論文] 27-Hydroxycholesterol regulates human SLC22A12 gene expression through estrogen receptor action. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi M, Sakaguchi YM, Sshara Y, Naura H, Sotaro Kikuchi, Asghari A, Bui L, Kobashigawa S, Nakanishi M, Nagata R, Matsui TK, Kashino G, Hasegawa M, Takasawa S, Eriguchi M, Tsuruya K, Nagamori S, Sugie K, Nakagawa T, Takasato M, *Umetani M, *Mori E
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 35 ページ: e21262
  • DOI: 10.1096/fj.202002077R
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Amino acid transporter LAT1 in tumor-associated vascular endothelium promotes angiogenesis by regulating cell proliferation and VEGF-A-dependent mTORC1 activation (2020)
  • 著者名/発表者名: Quan L, Ohgaki R, Hara S, Okuda S, Wei L, Okanishi H, Nagamori S, Endou H, Kanai Y.
  • 雑誌名: J. Exp. Clin. Cancer Res. 巻: 39 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s13046-020-01762-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consensus mutagenesis approach improves the thermal stability of system xc- transporter, xCT, and enables cryo-EM analyses. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oda K, Lee Y, Wiriyasermkul P, Tanaka Y, Takemoto M, Yamashita K, Nagamori S, Nishizawa T, Nureki O
  • 雑誌名: Protein Sci. 巻: 29 ページ: 2398-2407
  • DOI: 10.1002/pro.3966
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Membrane transport proteins in melanosomes: Regulation of ions for pigmentation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wiriyasermkul P, Moriyama S, Nagamori S.
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta Biomembr. 巻: 1862 ページ: 183318
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of halogenated tyrosine/phenylalanine-derivatives with Organic Anion Transporter (OAT) 1 in the renal handling of tumor imaging probes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jin C, Wei L, Ohgaki R, Tominaga H, Xu M, Okuda S, Okanishi H, Kawamoto Y, He X, Nagamori S, Kanai Y
  • 雑誌名: J Pharmacol Exp Ther. 巻: 375 ページ: 451-462
  • DOI: 10.1124/jpet.120.000235
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ヒト栄養素トランスポーターと分子標的創薬研究：糖やアミノ酸の取り込み装置を制御して病気を治す Human nutrients transporters and drug discovery targeting the transporters (2020)
  • 著者名/発表者名: 永森收志、森山理美、Pattama Wiriyasermkul
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 520-528
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.58.520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of glycans. (2020)
  • 著者名/発表者名: Re S, Yamaguchi Y, Sugita Y.
  • 雑誌名: Trends Glycosci. Glycotechnol. 巻: 32 ページ: E113-E118
  • DOI: 10.4052/tigg.1616.1E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical synthesis of residue-selectively 13C and 2H double-isotope-labeled oligosaccharides as chemical probes for the NMR-based conformational analysis of oligosaccharides. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamagami H, Yamaguchi Y, Tanaka H
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 85 ページ: 16115-16127
  • DOI: 10.1021/acs.joc.0c01939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of a new sialic acid binding region that regulates Siglec-7. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa N, Yasuda Y, Yoshimura A, Goshima A, Crocker PR, Vergoten G, Nishiura Y, Takahashi T, Hanashima S, Matsumoto K, Yamaguchi Y, Tanaka H, Kitajima K, Sato C
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 10 ページ: 8647
  • DOI: 10.1038/s41598-020-64887-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 糖鎖立体構造解析技術の開発要素. (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 369-377
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lactone-driven ester-to-amide derivatization for sialic acid linkage-specific alkylamidation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jun-Ichi Furukawa, Hisatoshi Hanamatsu, Takashi Nishikaze, Hiroshi Manya, Nobuaki Miura, Hirokazu Yagi, Ikuko Yokota, Keiko Akasaka-Manya, Tamao Endo, Motoi Kanagawa, Norimasa Iwasaki, Koichi Tanaka
  • 雑誌名: Anal Chem. 巻: 92 ページ: 14383-14392
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.0c02209
  • 査読あり
• [雑誌論文] FAM3B/PANDER-like carbohydrate-binding domain in a glycosyltransferase, POMGNT1. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Manya, Naoyuki Kuwabara, Ryuichi Kato, Tamao Endo
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 2132 ページ: 609-619
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0430-4_52.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthetic mechanisms of a unique ribitol phosphate-containing glycan by FKRP, a ribitol phosphate transferase. (2020)
  • 著者名/発表者名: Rieko Imae, Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Ryuichi Kato, Tamao Endo
  • 雑誌名: Trends Glycosci. Glycotech. 巻: 32 ページ: E195-E200
  • DOI: 10.4052/tigg.2008.1E
  • 査読あり
• [学会発表] ウシの消化管と軟骨組織に含まれるグリコサミノグリカンの組成分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 武田-奥田尚子、田村純一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] 動物組織に含まれるコンドロイチン硫酸の分子量と硫酸化パターン (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村純一、九里幸汰、武田-奥田尚子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] マトリグリカンの合成?Xyl-GlcAのオリゴマー化? (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村敬裕、大村優華、田村純一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] 非環状糖鎖成分リビトールの動的構造解析. (2021)
  • 著者名/発表者名: 大野詩歩, 真鍋法義, 山口拓実, 鵜澤洵, 山口芳樹
  • 学会等名: 日本薬学会年会 141年会
• [学会発表] Anti-inflammatory effect of keratan sulfate disaccharide L4 and derivatives through langerin in COPD mouse model. Pharmaceutical treatment for muscle dystrophy with synthesized oligosaccharides. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohkawa Y, Kanto N, Nakano M, Fujinawa R, Kizuka Y, Harada Y, Tamura J, Taniguchi N
  • 学会等名: 2020 Virtual Society for Glycobiology Annual Meeting
• [学会発表] O-マンノース型糖鎖の伸長過程におけるFKRPによるリビトールリン酸転移機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、桑原直之、萬谷博、加藤龍一、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] リビトールリン酸転移酵素FKRPによるO-マンノース型糖鎖伸長機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江理恵子、桑原直之、萬谷博、加藤龍一、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] O-マンノシルグリカン部分構造, Xyl-GlcA繰返し四糖の合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村敬裕、大村優華、田村純一
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部大会第58回講演会
• [学会発表] シカ消化管と軟骨組織中のコンドロイチン硫酸とデルマタン硫酸の組成分析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 武田-奥田尚子、延 水晶、保坂善真、田村純一
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] O-マンノシルグリカン部分四糖；Xylα1-3GlcAβ1-4Xylβ1-4Rboの合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村敬裕、田村純一
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] マトリグリカン繰返しオリゴ糖；-3Xylα1-3GlcAβ1-二量体の合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村純一、大村優華、田村敬裕
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] ケラタン硫酸二糖L4及び誘導体のlangerinを介したCOPDモデルマウスへの効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川祐樹、貫戸紀子、中??三弥子、藤縄玲子、木塚康彦、原田陽一郎、田村純一、谷口直之
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] O-マンノシルグリカン部分構造，Xyla1-3GlcAb1-3Xylb1-4Rboの合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村敬裕、田村純一
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部大会第57回講演会
• [学会発表] ナマコに含まれるフコシルコンドロイチン硫酸の構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 美船好香，九里幸汰，武田-奥田尚子，田村純一
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部大会第57回講演会
• [学会発表] Drug discovery targeting membrane transport proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: 永森收志
  • 学会等名: 第59回日本生体医工学会大会
• [学会発表] 栄養素の取り込みと疾患、そして創薬 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永森收志
  • 学会等名: Frontiers of Biological Sciences in Shizuoka 2020
  • 招待講演
• [学会発表] トランスポーターのnon-canonical substrate を多階層的解析により明らかにする (2020)
  • 著者名/発表者名: 永森收志
  • 学会等名: 2020 年度 生理研研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 糖鎖構造の多様性の生物学的意義を求めて (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 学会等名: 第16回機能性糖鎖研究会
  • 招待講演
• [学会発表] NMR approach to investigate glycan structure and function. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Yamaguchi
  • 学会等名: 14th Chandigarh Science Congress-2020
  • 国際学会
• [学会発表] NMR法と分子動力学計算による非環状糖リビトールの動的構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大野詩歩, 真鍋法義, 山口拓実, 鵜澤洵, 山口芳樹
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会
• [学会発表] 非環状の糖鎖成分リビトールの動的構造の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大野詩歩, 真鍋法義, 山口拓実, 鵜澤洵, 山口芳樹
  • 学会等名: 第59回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] 非環状糖リビトールの計算化学とNMRによる動的構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大野詩歩, 真鍋法義, 山口芳樹
  • 学会等名: 第14回東北糖鎖研究会
• [学会発表] 肺の老化にともなうppGalNAc-Tの発現変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤阪-萬谷啓子、Pornparn Kongpracha、萬谷博、永森收志、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第43回日本基礎老化学会大会
• [学会発表] 肺の老化にともなう糖転移酵素ppGalNAc-Tの発現変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤阪-萬谷啓子、Pornparn Kongpracha、萬谷博、永森收志、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] マウス老化肺における糖転移酵素ppGalNAc-T7の発現変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤阪-萬谷啓子、Pornparn Kongpracha、萬谷博、永森收志、遠藤玉夫
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会
• [学会発表] タンパク質の糖鎖修飾：生理的意義と病理的意義、そして創薬標的へ (2020)
  • 著者名/発表者名: 遠藤玉夫
  • 学会等名: 日本学術会議 シンポジウム（モダリティーが切り拓く次世代創薬）
• [図書] Carbohydrate Chemistry: Proven Synthetic Methods Vol 5 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenya Matsushita, Jun-ichi Tamura and Serena Traboni
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: CRC Press
  • ISBN: 978-0-8153-6788-8
• [産業財産権] オリゴ糖合成にかかる繰り返し二糖とそのオリゴマーの製造法 (2020)
  • 発明者名: 田村純一、田村敬裕
  • 権利者名: 国立大学法人鳥取大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2020/35624
  • 外国