グラム陰性菌が産生する複合糖脂質の普遍領域糖鎖合成と機能解明

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K05453
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 一柳 剛 鳥取大学, 農学部, 教授 (00302240)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: グリコシル化反応 / リポ多糖 / リポオリゴ糖 / グラム陰性菌 / L-グリセロ-D-マンノヘプトース / 3-デオキシ-D-マンノオクツロン酸 / 分岐糖鎖合成

研究実績の概要

グラム陰性細菌は細胞外膜にリポ多糖(LPS)，リポオリゴ糖（LOS）と呼ばれる複合糖脂質を産生する。これらは免疫に関係する重要な分子である。共同研究者により細菌性髄膜炎の原因菌であるNeisseria属細菌のLPS/LOSの糖鎖部分を認識するヒト抗体の存在が明らかにされた。しかしそのエピトープは未解明のままである。
本研究では，申請者が取り組んでいるLPS/LOSの構造普遍領域糖鎖(コア糖鎖)の精密化学合成の手法を基盤に，Neisseria属LOSのコア糖鎖ライブラリーを作成し，上記エピトープ，殺菌性抗体産生に必要な最小構造の解明と，コア糖鎖の自然免疫における機能を明らかにする。
今年度は、ナイセリア属細菌が産生するリポオリゴ糖の内部コア糖鎖の中性五糖の完全立体選択的合成を達成した。具体的には2,3-カーバメート基を有するD-グルコサミン誘導体を供与体として使用し、ヘプトースの２位水酸基へのグリコシル化することで従前の立体選択性の問題を解決した。またこの反応の機構はグリコシド結合形成後に、ピラノース環の開裂を伴った再閉環による異性化によるものであることを、ピラノース環が開環した反応中間体を単離することによって突き止めた。さらにこの反応をヘプトビオース、分岐構造を有する四糖受容体と縮合することで完全立体選択的に中性三糖、五糖の合成を完了した。
得られた三糖をKdo二糖受容体と立体選択的に縮合することで、ナイセリア属LOSの内部コア五糖の化学合成を完了した。
Kdoを供与体とするグリコシド結合形成反応における立体化学の制御の開発を岐阜大学安藤らのグループと共同で実施した。その結果、Kdoのカルボキシ基と5位水酸基を適切な鎖長で架橋した誘導体を供与体に使用することで、完全なα立体選択的なKdo化反応を達成した。この方法を使用することにより、Kdo二量体、三量体の化学合成にも成功した。

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

Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzaeが産生するLPS,LOSの内部コア糖鎖の合成を完了した。またこれらの部分糖鎖加え Escherichia coli, Rhodobactor属 LPSの部分糖鎖の合成を実施し、糖鎖ライブラリの拡充を進めた。
Neisseria属LOSのコア糖鎖合成における課題であったグルコサミン供与体を用いるcis-グリコシド合成の問題を供与体デザイン変更により解決した。加えて反応を詳細に調査し、反応機構がピラノース環の開環、再閉環によるモノであることを突き止めた。立体選択的なKdoグリコシド結合形成反応を共同研究により達成した。

今後の研究の推進方策

引き続き、糖鎖ライブラリーの量の確保を主体的に進めるとともに糖鎖構造の種類の拡充を図る。
連続３分岐構造を持つコア糖鎖の立体選択的合成に取り組み、淋菌のコア７糖合成を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of the Protection of the C4 Hydroxyl Group in Macrobicyclic Kdo Donors (2023)
  • 著者名/発表者名: Shogo Hamajima, Naoko Komura, Hide-Nori Tanaka, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Tsuyoshi Ichiyanagi and Hiromune Ando
  • 雑誌名: Molecules 巻: 28 ページ: 102
  • DOI: 10.3390/molecules28010102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full Stereocontrol in α‐Glycosidation of 3‐Deoxy‐D-manno-2- octulosonic Acid (Kdo) Using Macrobicyclic Glycosyl Donors (2022)
  • 著者名/発表者名: Shogo Hamajima, Naoko Komura, Hide-Nori Tanaka, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Haruka Noguchi, Tsuyoshi Ichiyanagi, and Hiromune Ando
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 24 ページ: 8672-8676
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c03542
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホウロクタケ由来ピロリ菌およびカンピロバクター菌 成長阻害物質 (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi ICHIYANAGI, Yuuki YAMAMOTO, Rikako HIRAOKA Haruka YAMANIHA, Maki TANIGUCHI, Kozue SOTOME, Yoshimasa TANIGUCHI, Atsushi ISHIHARA and Tadanori AIMI
  • 雑誌名: 日本きのこ学会誌 巻: 30 ページ: 68-73
  • 査読あり
• [学会発表] ツチナメコから単離したジテルペノイドは概日リズムを変動させる (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林雄晟，西田直史，赤木靖典，椿香織，下田絵美子，菊池貴，遠藤直樹，一柳剛，中桐昭，石原亨
  • 学会等名: 日本農芸化学会2023年度大会
• [学会発表] 二環性Kdo供与体を用いた完全なα選択的Kdoグリコシド化法の確立 (2022)
  • 著者名/発表者名: 濵島将伍、野口晴佳、河村奈緒子、田中秀則、今村彰宏、石田秀治、一柳剛、安藤弘宗
  • 学会等名: 第41回日本糖質学会年会
• [学会発表] 異性化反応を利用するナイセリア属LOS内部コア五糖の合成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 一柳剛，冨樫佳祐，尾川周平，眞鍋史乃
  • 学会等名: 第41回日本糖質学会年会
• [学会発表] Development of a fully α-stereoselective KDO Glycosidation method and its applications (2022)
  • 著者名/発表者名: Shogo Hamajima, Noguchi Haruka, Naoko Komura, Hide-Nori Tanaka, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Tsuyoshi Ichiyanagi, and Hiromune Ando
  • 学会等名: 0th International Carbohydrate Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 2021年度のFMRC活動報告について (2022)
  • 著者名/発表者名: 早乙女梢，中桐昭，遠藤直樹，一柳 剛，上田祥子
  • 学会等名: 日本微生物資源学会28回大会