軟体動物貝殻の炭酸カルシウム結晶の形態と欠陥を制御する有機基質の探索と機能解析

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25850078
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 道生 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (10647655)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: バイオミネラリゼーション / アラゴナイト / アコヤガイ / 真珠層 / 稜柱層 / カルサイト / 靭帯 / 石灰化

研究概要

軟体動物の貝殻は炭酸カルシウムと少量の有機物から構成されるバイオミネラルである。貝殻内の炭酸カルシウムはそこに含まれる少量の有機物によって結晶の形態や方位が制御され、無機的な環境には存在しない特徴的な構造を有している。これまで貝殻からは多くの基質タンパク質の存在が明らかにされ、石灰化への関与が示唆されてきたが、炭酸カルシウム結晶の形態や結晶欠陥の制御をする有機基質については未だ明らかにされていない。そこで、本研究では結晶形態と欠陥に非常に大きな特徴を有する貝殻微細構造に着目し、その形態と欠陥を制御する有機質の探索と機能解析を行うことを目的とした。
今年度においては、アコヤガイ貝殻靭帯部から石灰化を制御する因子であるペプチドであるLICP-1を、靭帯のアラゴナイト結晶の内部より見出し、逆相HPLCにより単離、精製、構造機能解析を行った。LICP-1は10残基のアミノ酸から成り、N末端にピログルタミン酸を有する酸性ペプチドであった。LICP-1は石灰化阻害活性を有し、炭酸カルシウム結晶と相互作用することが分かり、また結晶形成実験においてはアラゴナイト結晶の柱の伸長を抑制する効果があることが示唆された。また、LICP-1の遺伝子のクローニングを行い、LICP-1のcDNA配列の全長を明らかにした。LICP-1の後半には塩基性のペプチドであるLICP-2もコードされていたが、この役割は不明である。またLICP-1は靭帯に接するmantle isthmusにおいて発現が確認され、靭帯の形成に関与することが示された。このような酸性の低分子ペプチドが貝殻の微細構造に含まれることを示したことは、本研究が初めてのことであり、石灰化の機能解明に向けて新たな知見を与えるものである。

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

当初の予定の通り、二枚貝靭帯部の結晶内部より新規の有機基質である酸性ペプチドLICP-1を見出し、その構造機能解析まで行うことができたため。

今後の研究の推進方策

LICP-1およびほかの因子を二枚貝靭帯部より明らかにし、靭帯形成のメカニズムを明らかにする。いくつかの成果においては特許が取得可能な成果も出てきたため、それに合わせた機能解析を行い、特許の取得も行いたいと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] The molecular evolution of the Pif family proteins in various species of mollusks. (2013)
  • 著者名/発表者名: Michio Suzuki, Ai Iwashima, Mariko Kimura, Toshihiro Kogure and Hiromichi Nagasawa.
  • 雑誌名: Marine Biotechnology 巻: 15 ページ: 145-158
  • DOI: 10.1007/s10126-012-9471-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mollusk shell structures and their formation mechanism. (2013)
  • 著者名/発表者名: Michio Suzuki and Hiromichi Nagasawa.
  • 雑誌名: Canadian Journal of Zoology 巻: 91 ページ: 349-366
  • DOI: 10.1139/cjz-2012-0333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural control of calcite via incorporation of intracrystalline organic molecules in shells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Taiga Okumura, Michio Suzuki, Hiromichi Nagasawa and Toshihiro Kogure.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 381 ページ: 114-120
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2013.07.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] The diversity of shell matrix proteins: genome-wide investigation of the pearl oyster Pinctada fucata. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Miyamoto, Hirotoshi Endo, Naoki Hashimoto, Kurin Iimura, Yukinobu Isowa, Shigeharu Kinoshita, Tomohiro Kotaki, Tetsuji Masaoka, Takumi Miki, Seiji Nakayama, Chihiro Nogawa, Atsuto Notozawa, Fumito Ohmori, Isao Sarashina, Michio Suzuki et al.
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 30 ページ: 801-816
  • DOI: 10.2108/zsj.30.801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and characterization of a matrix protein (PPP-10) in the periostracum of the pearl oyster, Pinctada fucata. (2013)
  • 著者名/発表者名: Seiji Nakayama, Michio Suzuki, Hirotoshi Endo, Kurin Iimura, Shigeharu Kinoshita, Shugo Watabe, Toshihiro Kogure, Hiromichi Nagasawa.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 3 ページ: 421-427
  • DOI: 10.1016/j.fob.2013.10.001
  • 査読あり
• [学会発表] アコヤガイ貝殻稜柱層カルサイト結晶内の小角粒界の形成機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○近都浩之、奥村大河、小暮敏博、作田庄平、鈴木道生
  • 学会等名: 日本農芸化学会2014年度（平成26年度大会）
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 軟体動物の貝殻形態形成に関与するキチナーゼの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○米澤舞、小暮敏博、作田庄平、鈴木道生
  • 学会等名: 日本農芸化学会2014年度（平成26年度大会）
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] アコヤガイ貝殻靭帯部から見出されたPfTIMPの構造・機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○鈴木道生、小暮敏博、前山薫、服部文弘、作田庄平、長澤寛道
  • 学会等名: 日本農芸化学会2014年度（平成26年度大会）
  • 発表場所: 明治大学（神奈川県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 軟体動物のアラゴナイト結晶形成に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: ○鈴木道生
  • 学会等名: 第8回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20131130-20131130
  • 招待講演
• [学会発表] 軟体動物の貝殻石灰化におけるremodeling 機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: ○米澤舞、小暮敏博、作田庄平、鈴木道生
  • 学会等名: 第8回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20131130-20131130
• [学会発表] アコヤガイ貝殻稜柱層のカルサイト結晶内の歪みを制御する有機基質に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: ○近都浩之、奥村大河、小暮敏博、作田庄平、鈴木道生
  • 学会等名: 第8回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20131130-20131130
• [学会発表] Molecular evolution of the Pif family proteins that are related to the formation of the nacreous layer in various species of mollusks. (2013)
  • 著者名/発表者名: ○Michio Suzuki, Toshihiro Kogure and Hiromichi Nagasawa.
  • 学会等名: XXII International Materials Research Congress 2013
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 20130811-20130815
  • 招待講演
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/seiyu/
• [備考] バイオミネラリゼーション研究会ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biomineral/index.html#
• [産業財産権] マトリックスメタロプロテアーゼ活性阻害剤、皮膚外用剤、老化防止用皮膚外用剤、しわ防止用皮膚外用剤、慢性関節リウマチ及び他の疾患の治療又は予防剤 (2013)
  • 発明者名: 鈴木道生、長澤寛道、前山薫、服部文弘
  • 権利者名: 鈴木道生、長澤寛道、前山薫、服部文弘
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-138863
  • 出願年月日: 2013-07-02