神経組織受容体に作用する新規硫酸化生体制御分子の創製

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04502
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 榊原 陽一 宮崎大学, 農学部, 教授 (90295197)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水光 正仁 宮崎大学, 理事・副学長 (00128357) ; 榊原 啓之 宮崎大学, 農学部, 教授 (20403701)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: sulfation / sulfotransferase / sulfated / GPCR

Outline of Annual Research Achievements

現在、市場に流通する医薬品のほとんどがGタンパク質共役受容体(GPCR)を介して作用していると言われるように、生体制御分子（ホルモン、食品機能性成分、医薬品など）の多くが受容体を標的として生理作用を発現する。さらに、これらの生体制御分子の多くは、生体内において肝臓等の臓器で代謝され、その代謝産物が神経細胞などで受容体に作用し機能していることが想定される。また、作用標的としての受容体は、GPCR以外には、転写調節因子である核内受容体等も考えられる。本研究では、上述の生体制御分子の機能制御および代謝機構としての硫酸化に着目し、硫酸化された生体制御分子の酵素的調製法開発、受容体を介した情報伝達機構の解析技術開発と神経系細胞におけるその生理機能解明を目的とした研究を行う。
具体的には、下記の項目に関する研究を実施している。
・ リコンビナント硫酸転移酵素を用いた生体制御分子硫酸体の合成法確立
・ 細胞応答を基盤にした受容体評価システムの開発と受容体を介した生理機能解明
硫酸化された生体制御分子を評価するためのレポーターアッセイシステム構築のため、培養細胞にレポータープラスミドを導入し、ルシフェラーゼ活性測定により評価できるシステムを検討している。既に、CREの評価系は構築した。今後、さらに他のアッセイ系を順次構築していき、研究期間内に目的を達成する。これらの研究を通じて、受容体を介して作用する生体制御分子硫酸体を同定し、メカニズム等を解明する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

１）リコンビナント硫酸転移酵素を用いた生体制御分子硫酸体の合成法確立
大腸菌にヒト硫酸転移酵素遺伝子を導入して種々の生体制御分子硫酸体を調整する技術を確立し、特にポリフェノール系食品成分硫酸体の調製と、構造解析を行った。ポリフェノール系食品成分は複数の水酸基を有しているが、酵素をうまく活用することで選択的に硫酸基を導入することが可能となった。これらの研究成果は、日本生物工学会の英文誌において発表した。

２）細胞応答を基盤にした受容体評価システムの開発と受容体を介した生理機能解明
培養細胞にCREレポータープラスミドを導入し、GPCRの下流においてCREが関与するすなわちcAMPがセカンドメッセンジャーとなる系に関して、評価できるシステムを構築した。胆汁酸を特異的に硫酸化する酵素を見出しており、その代謝産物である胆汁酸硫酸体が　TGR5を介して作用するか検討している。

Strategy for Future Research Activity

・ プロテオミクスによる生体制御分子硫酸体の生理機能解明
二次元電気泳動により生体制御分子硫酸体が培養細胞に与える影響を解析し、タンパク質発現に与える影響を検討する。さらに、生体制御分子硫酸体と相互作用するタンパク質をプロテオミクスの手法で網羅的に解析する。

・ モデル動物実験による生体制御分子硫酸体特異的メタボローム解析
ゼブラフィッシュをモデルに、硫酸転移酵素遺伝子ノックダウンの影響を解析し、生理機能を解明する。遺伝子ノックダウン個体のメタボローム解析やプロテオーム解析を実施する。

Research Products

• [Journal Article] Regioselective production of sulfated polyphenols using human cytosolic sulfotransferase (SULT)-expressing Escherichia coli cells. (2017)
  • Author(s): Shimohira, T., Kurogi, K., Hashiguchi, T., Liu, M.-C., Suiko, M., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.02.006.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A substrate-bound structure of cyanobacterial biliverdin reductase identifies stacked substrates as critical for activity. (2017)
  • Author(s): Takao, H., Hirabayashi, K., Nishigaya, Y., Kouriki, H., Nakaniwa, T., Hagiwara, Y., Harada, J., Sato, H., Yamazaki, T., Sakakibara, Y., Suiko, M., Asada, Y., Takahashi, Y., Yamamoto, K., Fukuyama, K., Sugishima, M., Wada, K.
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1038/ncomms14397
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Updated perspectives on the cytosolic sulfotransferases (SULTs) and SULT-mediated sulfation. (2017)
  • Author(s): Suiko, M., Kurogi, K., Hashiguchi, T., Sakakibara, Y., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 81 Pages: 63-72
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1222266
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Human Cytosolic Sulfotransferase SULT1A3 Mediates the Sulfation of Dextrorphan. (2016)
  • Author(s): Yamamoto, A., Kurogi, K., Schiefer, I.T., Liu, M.-Y., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Biol. Pharm. Bull. Volume: 39 Pages: 1432-1436
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00015.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and Characterization of the Human Cytosolic Sulfotransferases Mediating the Sulfation of Clioquinol and Iodoquinol (2016)
  • Author(s): Yamamoto, A., Debrah-Pinamang, M., DiModica, N.J., Kurogi, K., Naqvi, A.A., Hui, Y., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Drug Metab. Lett. Volume: 10 Pages: 200-205
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 植物硫酸転移酵素の諸性質と今後の展開 (2016)
  • Author(s): 橋口拓勇, 榊原陽一, 黒木勝久, 水光正仁
  • Journal Title: 日本農薬学会誌 Volume: 41 Pages: 198-202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel procedure for the assessment of the antioxidant capacity of food components. (2016)
  • Author(s): Yoshimura, T., Harashima, M., Kurogi, K., Suiko, M., Liu, M.-C., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: Anal. Biochem. Volume: 507 Pages: 7-12
  • DOI: 10.1016/j.ab.2016.05.002.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulfate Conjugation of Daphnetin by the Human Cytosolic Sulfotransferases. (2016)
  • Author(s): Han, Z., Xi, Y., Luo, L., Zhou, C., Kurogi, K., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: J. Ethnopharmacol. Volume: S0378-8741 Pages: 30311-30317
  • DOI: 10.1016/j.jep.2016.05.041.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation and Functions of Regiospecific Sulfated Polyphenols (2016)
  • Author(s): Takehiko Shimohira, Katsuhisa Kurogi, Ming-Cheh Liu, Yoichi Sakakibara, Masahito Suiko
  • Organizer: YABEC2016
  • Place of Presentation: Phenix Seagaia Resort (Miyazaki)
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生体制御分子硫酸体の生理機能評価技術開発 (2016)
  • Author(s): 下平武彦、黒木勝久、Ming-Cheh Liu、榊原陽一、水光正仁
  • Organizer: 第68回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山）
  • Year and Date: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [Presentation] ゼブラフィッシュをモデルとしたPAPS合成酵素の生理機能解明 (2016)
  • Author(s): 上中勝護、上地珠代、剣持直哉、黒木勝久、Ming-Cheh Liu、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（仙台）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • Invited
• [Presentation] 生体制御分子硫酸体の受容体を介した機能発現メカニズム解明を目指して (2016)
  • Author(s): 下平武彦、黒木勝久、Ming-Cheh Liu、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 第４０回蛋白質と酵素の構造と機能に関する九州シンポジウム
  • Place of Presentation: 指宿ベイテラス（指宿）
  • Year and Date: 2016-08-26 – 2016-08-28
• [Presentation] Sulfation of naphthoquinone and structurally related compounds (2016)
  • Author(s): Yoichi Sakakibara, Tomoki Takeyasu, Katsuhisa Kurogi, Ming-Cheh Liu, Masahito Suiko
  • Organizer: Conjugation 2016
  • Place of Presentation: UBC (Vancouver, Canada)
  • Year and Date: 2016-06-19 – 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フラボノイドおよびフラボノイド硫酸体結合タンパク質の探索 (2016)
  • Author(s): 小川穂乃香、下平武彦、黒木勝久、Ming-Cheh Liu、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 日本生化学会九州支部例会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2016-05-14 – 2016-05-15
• [Presentation] ウシ肝臓膜結合型フェノール硫酸転移酵素の同定 (2016)
  • Author(s): 吉瀬仁宣、黒木勝久、Ming-Cheh Liu、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 日本生化学会九州支部例会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島）
  • Year and Date: 2016-05-14 – 2016-05-15