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2013 年度 実績報告書

加齢性疾患にみられる蛋白質異常凝集の機構解明とその修復

研究課題

研究課題/領域番号 25288075
研究種目

基盤研究(B)

研究機関京都大学

研究代表者

藤井 紀子  京都大学, 原子炉実験所, 教授 (90199290)

研究分担者 加治 優一  筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50361332)
大神 信孝  中部大学, 生命健康科学部, 准教授 (80424919)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードD-アミノ酸 / 老化 / 蛋白質 / 異常凝集
研究概要

蛋白質はL-アミノ酸のみから構成されているために正しい折りたたみ構造を形成し、その機能を発揮している。しかし、近年、白内障、加齢性黄斑変性症、アルツハイマー病、加齢性難聴等、種々の加齢性疾患の原因蛋白質中にD-β-アスパラギン酸(Asp)が蓄積していることが明らかとなってきた。蛋白質中にD-β-Aspが生成されると蛋白質の高次構造が乱れ、蛋白質の変性や異常凝集が起こる。上記の疾患では、蛋白質中でのD-β-Asp生成→D-β-Asp含有蛋白質の蓄積→蛋白質の異常凝集化→蛋白質の不溶化の過程が共通して生じている。本研究では蛋白質中でのD-β-Asp生成を加齢性疾患発症の一因と捉え、D-β-Asp含有蛋白質の微量定量分析の開発、異常凝集過程の追跡、修復機構の解析を行い、D-β-Asp生成機構の化学的解明、ならびにD-Asp含有蛋白質のみを特異的に分解する酵素(D-Aspartyl Endopeptidase、DAEP)の様々な生物種におけるDAEP活性のスクリーニングを行った。これらにより疾患の発症時期の予測、防御、修復、治療への道を探ることが可能となる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

1)老人性白内障の水晶体から立体構造が既知であるβ-, γ-クリスタリンを単離精製し、β-, γ-クリスタリン中のどのAsp残基がどの程度D-β-体化しているのかを定量した。
2)蛋白質中に生ずるAsp残基の異性体はLα, Dα, Lβ-, Dβ-体の4種類の異性体が存在する。本研究ではこれらの4種類のAsp異性体を導入したペプチド (20残基程度)を化学合成し、Asp異性化のkineticsについて検討した。その結果、Lβ-, Dβ-体は安定であることがわかり、生体内でLβ-, Dβ-体を含む蛋白質の蓄積が多いことが説明できた。
3)Asp残基周辺にUVBの波長を吸収するトリプトファン残基を導入したペプチドを合成し、Asp残基の異性化がUVB照射によって促進するかどうかを検討した。その結果、Asp残基周辺にトリプトファン残基を導入したペプチドはコントロールと比較して異性化が進行したことが明らかとなった。
4)液体クロマトグラフ質量分析(LC-MS)による簡便、迅速、正確な蛋白質中の微量Asp残基の異性体部位の分析法を開発した。
5)様々な生物種におけるDAEP活性のスクリーニングを行った結果、脊椎動物以下では、脊索動物(ホヤ類)、棘皮動物(ウニ類)でその活性が認められた。一方、線虫や酵母、細菌類ではDAEP活性を検出することはできなかった。哺乳類におけるDAEP活性は肝臓
で最大であったが、両生類やウニ類では生殖巣や成熟未受精卵でその活性が高かった。

今後の研究の推進方策

本研究推進の成否は蛋白質中のD-β-Asp残基の分析をいかに、簡便に、精度よく、迅速に行うかにかかっている。従来法では蛋白質を精製し、酵素によってペプチドに断片化し、それらペプチドを加水分解し、ジアステレオマー法によってアミノ酸の光学異性体分析を行っていた。この分析法は時間がかかり、多くの試料の分析に適さない。そこで、LC-MSによる従来法とは全く異なる迅速簡便な定量法を確立させた。それにより従来分析が困難であった不溶蛋白質の分析も可能となった。しかし、この方法にもいくつか課題が残されており、研究期間を通じて、より簡便な方法を開発し、この研究の推進を図る。

次年度の研究費の使用計画

25年度の途中より、この研究の推進のために研究協力者を雇用した。
26年度の本研究推進のため、研究協力者の人件費として残した。
引き続き、26年度の本研究推進のため、本人材を確保するため、上記研究協力者の人件費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 8件)

  • [雑誌論文] D-アミノ酸を指標とする蛋白質の光老化機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 雑誌名

      医学の歩み

      巻: 248 ページ: 602-607

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous ultraviolet-B induced photo-oxidation of tryptophan/tyrosine and racemization of neighboring aspartyl residues in peptides.2013

    • 著者名/発表者名
      Cai S, Fujii N, Saito T, and Fujii N.
    • 雑誌名

      Free Radical Biology & Medicine.

      巻: 65 ページ: 1037-1046

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2013.08.171

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Kinetics of isomerization and inversion of aspartate58 of αA-crystallin peptide mimics under physiological conditions.2013

    • 著者名/発表者名
      Aki K, Fujii N and Fujii N.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 8 ページ: e58515

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0058515

    • 査読あり
  • [学会発表] LC-MSを用いた皮膚蛋白質中のアスパラギン酸(Asp)残基の異性体分析2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木結、坂上弘明、藤井紀子
    • 学会等名
      生命の起原および進化学会第 39回 学術講演会
    • 発表場所
      広島修道大学
    • 年月日
      20140313-20140315
  • [学会発表] γ線照射によるγ-クリスタリン中のアミノ酸残基の酸化2014

    • 著者名/発表者名
      金仁求、高田匠、齊藤剛、藤井智彦、 金本尚志、 藤井紀子
    • 学会等名
      生命の起原および進化学会第 39回 学術講演会
    • 発表場所
      広島修道大学
    • 年月日
      20140313-20140315
  • [学会発表] 放射線照射による蛋白質への影響2014

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      京都大学シンポジウム「宇宙にひろがる人類文明の未来」
    • 発表場所
      京都大学百周年記念講堂
    • 年月日
      20140202-20140202
    • 招待講演
  • [学会発表] D-アスパラギン酸が惹起する蛋白質の異常凝集と加齢性疾患2014

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      ビタミン B 研究委員会 平成25年度シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター
    • 年月日
      20140131-20140131
    • 招待講演
  • [学会発表] 脱アミド化が引き起こすβB1-βA3クリスタリン分子間相互作用変化2014

    • 著者名/発表者名
      高田匠, Kirsten Lampi, 藤井紀子
    • 学会等名
      第40回 水晶体研究会
    • 発表場所
      ホテルコスモスクエア(大阪)
    • 年月日
      20140111-20140112
  • [学会発表] 水晶体構成タンパク質中のアスパラギン酸の異性化と立体構造の関係2014

    • 著者名/発表者名
      藤井智彦、佐々木洋、藤井紀子
    • 学会等名
      第40回 水晶体研究会
    • 発表場所
      ホテルコスモスクエア(大阪)
    • 年月日
      20140111-20140112
  • [学会発表] βB2-クリスタリンC末端Asn残基の異性化が引き起こす同一分子間相互作用変化2014

    • 著者名/発表者名
      西岡紀理、藤井智彦、高田匠、藤井紀子
    • 学会等名
      第40回 水晶体研究会
    • 発表場所
      ホテルコスモスクエア(大阪)
    • 年月日
      20140111-20140112
  • [学会発表] 放射線照射による水晶体クリスタリンタンパク質の構造機能変化と異性体の一斉解析2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      第67回日本臨床眼科学会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      20131031-20131103
    • 招待講演
  • [学会発表] 白内障患者の水晶体蛋白質に生じている化学変化をとらえる定量的アプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      TRF研究会
    • 発表場所
      ホテル横浜キャメロットジャパン 4F フェアウィンドI
    • 年月日
      20131030-20131030
    • 招待講演
  • [学会発表] D-アミノ酸研究の新展開2013

    • 著者名/発表者名
      本間浩&藤井紀子
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] αAクリスタリンの部分ペプチドを用いたAsp異性化シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      安岐健三、藤井紀子
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] LC-MSを用いたタンパク質中のDアスパラギン酸残基の新しい分析方法2013

    • 著者名/発表者名
      藤井智彦、藤井紀子
    • 学会等名
      第9回 D-アミノ酸研究会学術講演会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      20130905-20130906
  • [学会発表] 紫外線による皮膚コラーゲン中のアミノ酸の異性化2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木結、坂上弘明、藤井紀子
    • 学会等名
      第9回 D-アミノ酸研究会学術講演会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      20130905-20130906
  • [学会発表] ヒト扁桃におけるアスパラギン残基の脱アミドおよびアスパラギン酸残基の異性化2013

    • 著者名/発表者名
      前田裕貴、藤井智彦、高橋裕一、藤井紀子
    • 学会等名
      第9回 D-アミノ酸研究会学術講演会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      20130905-20130906
  • [学会発表] 蛋白質の異常凝集2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      文部科学省復興対策特別人材育成事業「被ばくの瞬間から生涯を見渡す放射線生物・医学の学際教育」「放射線によって誘発される血管疾患と白内障について考える」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 年月日
      20130824-20130826
    • 招待講演
  • [学会発表] 加齢、紫外線、電離放射線による水晶体蛋白質の変化2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子
    • 学会等名
      文部科学省復興対策特別人材育成事業「被ばくの瞬間から生涯を見渡す放射線生物・医学の学際教育」「放射線によって誘発される血管疾患と白内障について考える」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 年月日
      20130824-20130826
    • 招待講演
  • [学会発表] 紫外線照射によるペプチド中のトリプトファン残基の酸化とアスパラギン酸残基の異性化の関係2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子、蔡思敏、藤井智彦
    • 学会等名
      第35回 日本光医学光生物学会
    • 発表場所
      アクトシテイ浜松コングレスセンター
    • 年月日
      20130712-20130713
  • [学会発表] LC-MSによる白内障の水晶体蛋白質中のアスパラギン酸残基の異性体の分析2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子 藤井智彦
    • 学会等名
      第52回 日本白内障学会総会
    • 発表場所
      シェラトングランデ東京ベイホテル
    • 年月日
      20130627-20130629
    • 招待講演
  • [学会発表] 老人性白内障の水晶体から得た異常凝集クリスタリン中のアスパラギン酸残基の異性化とLC-MSによる 異性体の解析2013

    • 著者名/発表者名
      藤井紀子、藤井智彦、坂上弘明
    • 学会等名
      第13 回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      とりぎん文化会館(鳥取)
    • 年月日
      20130612-20130614
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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