2015 Fiscal Year Annual Research Report
アポリポタンパク質によるHDL産生・代謝調節機構の物理化学的基盤解明と創薬展開
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25293006
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
斎藤 博幸 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (60300919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笠原 二郎 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 准教授 (10295131)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | アポリポタンパク質 / HDL / コンフォメーション / 抗体 / 脂質膜 / 脂質異常症 / アミロイドーシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、HDLの形成・成熟過程でのアポA-I分子のコンフォメーション変化を認識・識別する抗アポA-I抗体の開発を目指し、アポA-I分子内のN末側44-65残基、84-126残基並びに中央部122-143残基領域をエピトープとする抗アポA-I抗体を作成した。これらのうち、N末側44-65残基をエピトープとする#20-7抗体が、アポA-IのHDL結合構造によって結合性が大きく変化することを見出し、アポA-Iのコンフォメーション変化を認識している可能性が示唆された。HDLのコレステロール除去作用には、結合しているアポA-I分子のコンフォメーションが密接に関連していると考えられており、アポA-Iコンフォメーション認識抗体の開発はよりコレステロール除去活性を反映した新たなHDL測定法につながる可能性がある。
一方、ヒト変異アポA-Iによるアミロイドーシス発症の物理化学的機序解明においては、アポA-Iの組織沈着領域であるN末1-83残基フラグメントのアミロイド線維化が、脂質膜環境におけるヘリックス構造形成によって阻害されること、水溶液中での線維化を促進する変異であるG26Rはヘリックス構造の不安定化を通じて脂質膜環境での線維化も促進すること、を新たに見出した（JBC 290, 20947-20959, 2015）。さらに、ポリフェノールの一種であるEGCGがアポA-Iのアミロイド線維形成を強く阻害すること（Amyloid 23, 17-25, 2016）や、細胞表面ヘパラン硫酸の多硫酸化ドメインがアポA-Iアミロイド線維の細胞毒性発現に関与していること（JBC 290, 24210-24221, 2015）、なども明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は、主にアポA-Iタンパク質の環境による高次構造変化、すなわち、HDL結合に伴うαヘリックス構造転移やアミロイド線維形成によるβ構造転移に焦点を当て、その物理化学的メカニズム解明や構造転移検出法について検討した。
HDLのコレステロール除去作用には、結合しているアポA-I分子の高次構造（コンフォメーション）が密接に関連していると考えられており、この点で、新たに作成したアポA-Iコンフォメーション認識抗体は、よりコレステロール除去活性の高いHDLすなわち“善玉HDL”の測定法開発につながる可能性を秘めている。また、アポA-Iコンフォメーション認識抗体は、アミロイドーシス変異アポA-Iの構造転移を伴うアミロイド線維形成を高感度で検出できる可能性もあり、疾患誘発性異常アポA-Iの高感度検出・診断法への応用展開が期待される。
一方申請者は、アポA-Iフラグメントによるβ構造転移・アミロイド線維形成が脂質膜環境におけるαヘリックス構造形成によって著しく阻害されることを見出し、リポタンパク質粒子や細胞膜脂質などとの結合状態では線維化が起こりにくいこと、アミロイドーシス変異であるG26Rはヘリックス構造形成性を低下させることで脂質膜環境においても線維化を促進すること、などを明らかにした。すなわち、G26R変異はアポA-Iの水溶液中でのアミロイド線維形成を促進するだけでなく、細胞脂質膜上でのアミロイド線維形成においても重要な役割を果たしている可能性が示された。これらの知見は、アポA-IやアポCなどのアミロイド線維形成性の高いアポリポタンパク質が、遺伝的変異によって生理的環境でアミロイド線維形成を起こすメカニズムの解明に重要な示唆を与える。
以上のように、当初の研究計画に対しておおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
アポA-IによるHDL産生機構並びに遺伝的変異によるアミロイド線維形成メカニズムについて、これまで順調に解明が進んでいる（J. Struct. Biol. 185, 116, 2014; FEBS Lett. 588，389, 2014; Biochemistry 54, 1123, 2015; JBC 290, 20947, 2015）。また、得られた研究成果を基盤とした新規HDL検出法の開発（J. Lipid Res. 55, 2423, 2014）やアミロイド線維形成阻害剤の探索（Amyloid 23, 17, 2016）など、創薬展開に関しても順調に進展しているといえる。
平成28年度は、アポリポタンパク質によるHDL産生やアミロイド線維形成における生理的因子として、細胞表面糖鎖による制御機構の解明を進める。申請者は既に、細胞表面ヘパラン硫酸の多硫酸化ドメインがアポA-Iアミロイド線維の細胞毒性発現に関与していること（JBC 290, 24210, 2015）や、ヘパリンが変異アポA-Iフラグメントの線維伸長を促進すること（未発表）、などを見出している。今後はさらに、ヘパラン硫酸やコンドロイチン硫酸を欠損したCHO細胞株や糖鎖結合部位を改変した変異アポリポタンパク質などを用いて、細胞からのHDLコレステロール産生作用や遺伝的変異による機能異常・アミロイド線維化過程などの比較評価を行い、アポリポタンパク質によるHDL産生作用やアミロイド線維形成・細胞毒性作用に対する細胞表面糖鎖相互作用の役割を明らかにする。また、脳内アポEが関与する神経変性疾患における糖鎖の役割についても解明を進める。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予算通りの使用であったが、年度末にあたり若干の差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度交付額と合算して使用予定。
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[Journal Article] Enthalpy-driven interactions with sulfated glycosaminoglycans promote cell membrane penetration of arginine peptides2016
Author(s)
Takechi-Haraya, Y., Nadai, R., Kimura, H., Nishitsuji, K., Uchimura, K., Sakai-Kato, K., Kawakami, K. Shigenaga, A., Kawakami, T., Otaka, A., Hojo, H., Sakashita, N., and Saito, H.
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Journal Title
BBA - Biomembranes
Volume: 1858
Pages: 1339-1349
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Formation of stable nanodiscs by bihelical apolipoprotein A-I mimetic peptide2016
Author(s)
Kariyazono, H., Nadai, R., Miyajima, R., Takechi-Haraya, Y., Baba, T., Shigenaga, A., Okuhira, K., Otaka, A., and Saito, H.
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Journal Title
J. Peptide Sci.
Volume: 22
Pages: 116-122
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Amyloidogenic Mutation Promotes Fibril Formation of the N-terminal Apolipoprotein A-I on Lipid Membranes.2015
Author(s)
Mizuguchi, C., Ogata, F., Mikawa, S., Tsuji, K., Baba, T., Shigenaga, A., Shimanouchi, T., Okuhira, K., Otaka, A., and Saito, H.
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 290
Pages: 20947-20959
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] FRET evidence for untwisting of amyloid fibrils on the surface of model membranes2015
Author(s)
Gorbenko, G., Trusova, V., Girych, M., Adachi, E., Mizuguchi, C., Akaji, K., and Saito, H.
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Journal Title
Soft Matter
Volume: 11
Pages: 6223-6234
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Book] Lipids in Protein Misfolding2015
Author(s)
Gorbenko, G., Trusova, V., Girych, M., Adachi, E., Mizuguchi, C., and Saito, H.
Total Pages
260
Publisher
Springer
