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2019 Fiscal Year Research-status Report

Kinetic Activity Evaluation of Antioxidants in Aqueous Solutions Using a Water-Solubilized Organic Radical

Research Project

Project/Area Number 18K06620
Research InstitutionNational Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology

Principal Investigator

中西 郁夫  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 放射線障害治療研究部, 上席研究員(定常) (70356137)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords抗酸化物質 / ラジカル / 反応速度 / 反応機構 / 活性酸素種 / 水素移動 / 電子移動 / 物理化学
Outline of Annual Research Achievements

生活習慣病や老化、放射線障害は、活性酸素ラジカルによる酸化ストレスが原因といわれている。活性酸素ラジカルに対して非常に優れた消去活性を示す抗酸化物質は、酸化ストレスを軽減する医薬品への応用が期待されている。しかし、抗酸化物質の試験管内におけるラジカル消去活性と細胞実験や動物実験で得られる活性は必ずしも相関しない。これは水溶液中、特に高濃度の緩衝液中におけるラジカル消去活性および反応機構に不明な点が多く残されているからである。そこで本研究では、有機溶媒中で抗酸化物質の活性評価に頻用されている2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)ラジカルをβ-シクロデキストリンで水溶化し、高濃度の緩衝溶液中における抗酸化物質のラジカル消去活性を速度論的に評価した。
研究代表者らは以前に、電子移動反応がマグネシウムイオン(Mg2+)のような酸化還元不活性な金属イオンによって顕著に加速されることに注目し、有機溶媒中における抗酸化物質によるラジカル消去に電子移動が関与することを明らかにした。そこで平成31/令和元年度は、抗酸化物質のラジカル消去速度に対するMg2+の影響について検討した。0.05 Mのリン酸緩衝液中、25℃で、0.05 Mの過塩素酸マグネシウム存在下において、抗酸化物質による水溶化DPPHラジカル消去反応をユニソクRSP-1000-02NM型ストップトフロー分光測定装置を用いて追跡した。抗酸化物質には、水溶性ビタミンE誘導体であるTroloxおよび(+)-カテキン、カフェイン酸などのフェノール性抗酸化物質を用いた。その結果、いずれの抗酸化物質の場合にも二次反応速度定数がMg2+の添加で顕著に増加し、DPPHラジカル消去反応の律速段階に電子移動反応が関与していることが示唆された。令和2年度には重水を用いてリン酸緩衝液を調製し、速度論的同位体効果について検討する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成31/令和元年度に実施することを予定していた抗酸化物質のラジカル消去反応に対するマグネシウムイオンの影響については順調に実験データが出ており、多数の学会発表を行った。
また、令和2年度に実施予定の速度論的同位体効果の実験にもすでに着手しており、予備的なデータが着々と出てきている。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度には、水の代わりに重水を用いてリン酸緩衝液を調製し、それを溶媒として抗酸化物質の水溶化DPPHラジカル消去の二次反応速度定数(kD)を決定する。次に、軽水中の二次反応速度定数(kH)との比kH/kD (速度論的同位体効果)を計算する。得られたkH/kD値が1の場合には、ラジカル消去反応が電子移動-プロトン移動または脱プロトン化-電子移動機構で進行し、電子移動が律速段階となっていることが示唆される。一方、kH/kD値が2以上の場合には、一段階の水素原子移動機構で反応が進行していると考えられる。特に、kH/kD値が8を超える場合には、抗酸化物質から水溶化DPPHラジカルへの水素移動反応に量子トンネリングが関与している可能性が示唆される。この場合、kH値やkDに対する温度依存性についても検討し、アレニウス式を用いて量子トンネリングの関与を検討する。
また、令和2年度は本研究課題の最終年度であるので、それぞれの抗酸化物質の水溶液中におけるラジカル消去活性および反応環境の影響、反応機構のライブラリを構築し、研究全体を総括する。
さらに、得られた成果は随時、国内外の学会で発表するとともに、原著論文として学術誌に積極的に投稿する。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染拡大の影響で、いくつかの国際学会および国内学会が中止または延期となった。そのため、学会出席に必要な旅費や参加登録費を使用しなかった。
令和2年度も引き続き学会の中止または延期が見込まれるため、次年度使用額は物品費に充てる予定である。

  • Research Products

    (47 results)

All 2020 2019

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 2 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Effects of Low-Dose X-ray Irradiation on Melanin-Derived Radicals in Mouse Hair and Skin2020

    • Author(s)
      松本 謙一郎,上野 恵美,中西 郁夫,犬童 寛子,馬嶋 秀行
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 67 Pages: 174-178

    • DOI

      10.3164/jcbn.20-34

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Protective Effect of D-Methionine on Plasmid DNA Damage Induced by Therapeutic Carbon Ions2020

    • Author(s)
      余語 克紀,村山 千恵子,藤澤 義樹,前山 拓哉,平山 亮一,松本 謙一郎,中西 郁夫,保田 浩志,石山 博條,早川 和重
    • Journal Title

      Radiation Research

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1667/RR15502.1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kinetic Isotope Effect in the Reaction of Water-Soluble Antioxidants with Water-Solubilized 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl Radical in Aqueous Buffer Solutions2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Free Radical Biology and Medicine

      Volume: 145 Pages: S33

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.086

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Presence of X-ray Induced High Concentrated Hydrogen Peroxide Clusters2019

    • Author(s)
      上野 恵美,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Free Radical Biology and Medicine

      Volume: 145 Pages: S33

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.082

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantification of X-ray Induced Hydrogen Radicals in an Aqueous Solution Using EPR Spin-Trapping2019

    • Author(s)
      牧野 祐典,関根(鈴木) 絵美子,乳井 美奈子,上野 恵美,中西 郁夫,福井 浩二,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Free Radical Biology and Medicine

      Volume: 145 Pages: S32

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.080

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Extremely Small Doses, 100 mGy a Day, Five Times a Week, Total of Twelve Weeks of Low-Dose Fractionated X-irradiation on Mice Hair Root2019

    • Author(s)
      馬嶋 秀行,伊藤 紘,福重 智子,犬童 寛子,川畑 義裕,松本 謙一郎,中西 郁夫,谷本 昭英,金蔵 拓郎,Clare Hawkins,Michael Davies,William St. Clair,Daret St. Clair
    • Journal Title

      Free Radical Biology and Medicine

      Volume: 145 Pages: S31~S32

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.079

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Reduction of Molecular Oxygen by RedOx Active Thiols: Comparison of Glutathione, N-Acetylcysteine, Cysteine, and Homocysteine2019

    • Author(s)
      乳井 美奈子,荘司 好美,上野 恵美,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 65 Pages: 185~192

    • DOI

      10.3164/jcbn.19-25

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Radiation-Induced Redox Alteration in the Mouse Brain2019

    • Author(s)
      中村 美月,山﨑 俊栄,上野 恵美,柴田 さやか,尾澤 芳和,鎌田 正,中西 郁夫,山田 健一,青木 伊知男,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Free Radical Biology and Medicine

      Volume: 143 Pages: 412~421

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.08.020

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] C-メチル化フラボノイドのラジカル消去作用2020

    • Author(s)
      福原 潔,中西 郁夫,大久保 敬,今井 耕平,水野 美麗,松本 謙一郎,大野 彰子
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会
  • [Presentation] X線照射により水溶液中に生じる水素ラジカルの定量測定2020

    • Author(s)
      牧野 祐典,関根(鈴木) 絵美子,乳井 美奈子,上野 恵美,中西 郁夫,福井 浩二,松本 謙一郎
    • Organizer
      日本薬学会 第140年会
  • [Presentation] 量子薬理学への第一歩 ラジカル消去能と薬理活性構造における電気化学的証明2020

    • Author(s)
      上林 將人,中西 郁夫
    • Organizer
      日本薬学会 第140年会
  • [Presentation] 水溶液中におけるカフェイン酸の水溶化2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジルラジカル消去反応に対するマグネシウムイオンの効果2020

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,福住 俊一,松本 謙一郎
    • Organizer
      日本薬学会 第140年会
  • [Presentation] キナ酸骨格を含むガロタンニン類の合成とラジカル消去活性の評価2020

    • Author(s)
      岸 直輝,小島 秀夫,荘司 好美,中西 郁夫
    • Organizer
      日本化学会 第100春季年会
  • [Presentation] BBB透過性Ca2+/CaM Antagonist CV-159における薬理活性とラジカル消去能との相関2020

    • Author(s)
      上林 將人,中西 郁夫,幾野 菫,松田 久司,大和田 滋
    • Organizer
      第93回日本薬理学会年会
  • [Presentation] Tunneling in the Scavenging Reaction of Water-Solubilized 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl Radical by Antioxidants in Aqueous Buffer Solutions2020

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,松本 謙一郎,福住 俊一
    • Organizer
      Oxygen Radicals, Gordon Research Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Free Radical Generations and Reactions in an Aqueous Sample Irradiated by X-ray or 290 MeV Carbon-Ion Beam2020

    • Author(s)
      松本 謙一郎,上野 恵美,乳井 美奈子,荘司 好美,中西 郁夫
    • Organizer
      Oxygen Radicals, Gordon Research Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水溶性ビタミンE類縁体の水溶化有機ラジカル消去反応におけるトンネル効果2020

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,福原 潔,松本 謙一郎,福住 俊一
    • Organizer
      第31回ビタミンE研究会
  • [Presentation] 水溶化有機ラジカルを用いた水溶液中における抗酸化物質の速度論的活性評価2019

    • Author(s)
      中西 郁夫
    • Organizer
      先端的ESR研究Workshop 2019
    • Invited
  • [Presentation] Dihydropyridine Ca拮抗薬の構造変遷と埋蔵薬効の発掘への期待:酸化ストレス制御から癌細胞増殖抑制まで2019

    • Author(s)
      上林 將人,中西 郁夫,大和田 滋
    • Organizer
      第29回日本循環薬理学会/第55回高血圧関連疾患モデル学会 合同学会
  • [Presentation] C-メチルフラボノイドの開発2019

    • Author(s)
      福原 潔,中西 郁夫,大久保 敬,今井 耕平,水野 美麗,松本 謙一郎,大野 彰子
    • Organizer
      第37回メディシナルケミストリーシンポジウム
  • [Presentation] Kinetic Isotope Effect in the Reaction of Water-Soluble Antioxidants with Water-Solubilized 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl Radical in Aqueous Buffer Solutions2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,松本 謙一郎
    • Organizer
      26th Annual Conference of the Society for Redox Biology and Medicine (SfRBM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Presence of X-ray Induced High Concentrated Hydrogen Peroxide Clusters2019

    • Author(s)
      上野 恵美,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      26th Annual Conference of the Society for Redox Biology and Medicine (SfRBM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantification of X-ray Induced Hydrogen Radicals in an Aqueous Solution Using EPR Spin-Trapping2019

    • Author(s)
      牧野 祐典,関根(鈴木) 絵美子,上野 恵美,中西 郁夫,福井 浩二,松本 謙一郎
    • Organizer
      26th Annual Conference of the Society for Redox Biology and Medicine (SfRBM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Extremely Small Doses, 100 mGy a Day, Five Times a Week, Total of Twelve Weeks of Low-Dose Fractionated X-irradiation on Mice Hair Root2019

    • Author(s)
      馬嶋 秀行,伊藤 紘,福重 智子,犬童 寛子,川畑 義裕,松本 謙一郎,中西 郁夫,谷本 昭英,金蔵 拓郎,Clare Hawkins,Michael Davies,William St. Clair,Daret St. Clair
    • Organizer
      26th Annual Conference of the Society for Redox Biology and Medicine (SfRBM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射線により生じる局在化した高濃度の過酸化水素の検出2019

    • Author(s)
      上野 恵美,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      日本放射線影響学会第62回大会
  • [Presentation] 放射線照射で脂質分子から生成するラジカル種の蛍光プローブによる検出2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,上野 恵美,関根(鈴木) 絵美子,松岡 悠太,下川 卓志,山田 健一,松本 謙一郎
    • Organizer
      日本放射線影響学会第62回大会
  • [Presentation] 水溶化有機ラジカルによる抗酸化物質の酸化反応に対するレドックス不活性金属イオンの影響2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,福住 俊一,松本 謙一郎
    • Organizer
      第52回酸化反応討論会
  • [Presentation] 培地中の鉄イオン濃度がフェントン反応系暴露で誘発させた細胞死に与える影響の評価2019

    • Author(s)
      関根(鈴木) 絵美子,五十嵐 欽太郎,牧野 祐典,上野 恵美,福井 浩二,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      第43回日本鉄バイオサイエンス学会学術集会
  • [Presentation] 鉄錯体形成をトリガーとした新規抗酸化物質の開発2019

    • Author(s)
      福原 潔,中西 郁夫,今井 耕平,松本 謙一郎,大野 彰子
    • Organizer
      第43回日本鉄バイオサイエンス学会学術集会
  • [Presentation] (+)-カテキンの水溶化有機ラジカル消去反応に対する溶媒効果2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,大久保 敬,小澤 俊彦,福住 俊一,福原 潔,松本 謙一郎
    • Organizer
      第13回バイオ関連化学シンポジウム
  • [Presentation] ガロタンニン類の合成とラジカル消去活性の評価2019

    • Author(s)
      岸 直輝,小島 秀夫,中西 郁夫
    • Organizer
      第21回生体触媒化学シンポジウム
  • [Presentation] Planar Catechin Conjugated with DTPA as a Promising Antioxidant Triggered by Fe3+ Coordination2019

    • Author(s)
      福原 潔,今井 耕平,中西 郁夫,松本 謙一郎,大野 彰子
    • Organizer
      ACS Fall 2019 National Meeting & Expo
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Crosstalk between Radiation-Induced Autophagy and G2 Checkpoint and Its Application for Radiotherapy in Pancreatic Cancer2019

    • Author(s)
      鈴木 基史,松本 謙一郎,中西 郁夫,長谷川 純崇
    • Organizer
      The 16th International Congress of Radiation Research (ICRR 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of Radical Species after Plateau Carbon-Ion Irradiation to Lipid Molecules2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,荘司 好美,上野 恵美,関根(鈴木) 絵美子,松岡 悠太,下川 卓志,山田 健一,松本 謙一郎
    • Organizer
      The 16th International Congress of Radiation Research (ICRR 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of X-ray and Carbon-Ion Beam Induced Alterations of RedOx Status in Mouse Brain2019

    • Author(s)
      中村 美月,柴田 さやか,山崎 俊栄,尾澤 芳和,上野 恵美,中西 郁夫,鎌田 正,青木 伊知男,山田 健一,松本 謙一郎
    • Organizer
      The 16th International Congress of Radiation Research (ICRR 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EPRによる定量分析方法とその活用2019

    • Author(s)
      牧野 祐典,福井 浩二,Krishna Murali Cherukuri,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      第23回ESRフォーラム研究会
  • [Presentation] チオール化合物による酸素の還元2019

    • Author(s)
      乳井 美奈子,荘司 好美,上野 恵美,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      第23回ESRフォーラム研究会
  • [Presentation] C-メチルフィセチンのラジカル消去活性2019

    • Author(s)
      福原 潔,今井 耕平,中西 郁夫,大久保 敬,大野 彰子,水野 美麗,福住 俊一,松本 謙一郎
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] EPRによる定量分析を可能にする条件についての検討2019

    • Author(s)
      牧野 祐典,福井 浩二,Krishna Murali Cherukuri,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] X線によって誘導されるオートファジーと細胞周期チェックポイントとの相互制御機構の解明2019

    • Author(s)
      鈴木 基史,松本 謙一郎,中西 郁夫,長谷川 純崇
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] 放射線によるマウス脳内レドックス状態の変化2019

    • Author(s)
      中村 美月,柴田 さやか,山崎 俊栄,上野 恵美,中西 郁夫,鎌田 正,青木 伊知男,山田 健一,松本 謙一郎
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] 水溶液中における(+)-カテキンの水溶化2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)ラジカル消去活性2019

    • Author(s)
      中西 郁夫.荘司 好美,小澤 俊彦,大久保 敬,福原 潔,松本 謙一郎
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] 伊藤 紘,犬童 寛子,松本 謙一郎,中西 郁夫,佐藤 栄人,服部 信孝,松井 裕史,馬嶋 秀行2019

    • Author(s)
      500MeV鉄粒子線照射によるミトコンドリアへの影響
    • Organizer
      第72回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [Presentation] Preparation of Selenium-Deficient Mouse Model for Investigating Biological Effects of Ionizing Radiations2019

    • Author(s)
      上野 恵美,乳井 美奈子,下川 卓志,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia (SFRR-Asia)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LET Dependent Generations of Reactive Oxygen Species and RedOx Reactions in an Aqueous Sample Irradiated by X-ray or Carbon-Ion Beam2019

    • Author(s)
      松本 謙一郎,乳井 美奈子,上野 恵美,小川 幸大,中西 郁夫
    • Organizer
      The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia (SFRR-Asia)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Suitable Sample Tube for Quantitative Measurement Using X-Band EPR2019

    • Author(s)
      牧野 祐典,福井 浩二,Murali Cherukuri Krishna,中西 郁夫,松本 謙一郎
    • Organizer
      The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia (SFRR-Asia)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structure-Activity and Structure-Mechanism Relationships for the Radical-Scavenging Reaction of Flavonols2019

    • Author(s)
      中西 郁夫,大久保 敬,今井 耕平,松本 謙一郎,小澤 俊彦,濱田 博喜,福原 潔
    • Organizer
      The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia (SFRR-Asia)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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