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様式
平成２９年 ４月２６日
平成２８年度研究プロジェクト年次報告書
１．研究プロジェクト概要
研 究 プ ロ ジ ェ ク ト の 名 称 ヘルスバイオサイエンス研究 研究ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ･ﾘｰﾀﾞｰ 部局・専攻
・氏名
農学研究科・生命機能科学・水野雅史
当 該 年 度
研 究 員 数
9人（学術研究員，学振特別研究員（DC1, DC2は除く），外国人招へい研究員等）
外 部 資 金
EA
獲 得 実 績
E科学研究費補助金
27,200千円，受託研究経費
7,196千円，奨学寄附金
8,700千円，その他（ 1,800千円）特許出願件数 1
２．構成員
氏 名 部局・専攻
水野雅史 農学研究科・生命機能科学
吉田 健一 科学技術イノベーション研究科・バイオ・環境講座
大澤 朗 農学研究科・資源生命科学
白井 康仁 農学研究科・生命機能科学
竹中 慎治 農学研究科・生命機能科学
橋本 堂史 農学研究科・生命機能科学
久世 雅樹 農学研究科・生命機能科学
伊藤 俊樹 バイオシグナル総合研究センター
田中 耕生 先端融合研究環
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３．研究成果の概要等について
水 野 雅 史
「 褐 藻 類 に 含 ま れ る フ コ イ ダ ン の 生 理 活 性 」
近 年 、食 物 ア レ ル ギ ー や ア レ ル ギ ー 性 鼻 炎 と い っ た Ⅰ 型 ア レ ル ギ ー の 患 者 数 が 増 加 し て い る 。 抗 原 に よ っ て 誘 導 さ れ る 抗 原 特 異 的IgE抗 体 を 介 し た Ⅰ 型 ア レ ル ギ ー 反 応 に お い て 、肥 満 細 胞 の 脱 顆 粒 に よ っ て ヒ ス タ ミ ン な ど の 化 学 伝 達 物 質 が 放 出 さ れ る と 、気 管 支 収 縮 や 血 管 透 過 性 の 亢 進 と い っ た ア レ ル ギ ー 症 状 が も た ら さ れ る 。そ の た め 、脱 顆 粒 を 抑 制 す る こ と が ア レ ル ギ ー 症 状 の 軽 減 に つ な が る と
考 え ら れ て い る 。本 研 究 で は 、F-フ コ イ ダ ン の 生 体 に 対 す る 機 能 性 、特 に 免 疫 応 答 の 異 常 に 起 因 す る ア レ ル ギ ー 抑 制 効 果 を 指 標 に 、そ の 作 用 機 構 に つ い て 検 討 し た 。そ の 結 果 、F-フ コ イ ダ ン の 抗 ア レ ル ギ ー 作 用 は 腸 管 を 介 し て 始 め て 発 揮 さ れ る こ と（ 右 図 参 照 ）、ま た 花 粉 な ど に 感 作 さ れ た 状 態 す な わ ち 花 粉 症 な ど ア レ ル ギ ー 疾 患 を 発 症 し た 人 で も 、コ ン ブ 摂 取 に よ り そ の 症 状 を 緩 和 で き る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た 。
吉田健一、田中耕生
「有用希少イノシトール異性体の機能発揮メカニズムに 関 す る 研 究 （ フ ジ ッ コ と の 共 同 研 究 ） 」
有用イノシトール類として開発を進めてきたピニトール（3-O-methyl-D-chiro-inositol）は、ダ イズやアイスプラントなど一般に食経験のある野菜類に含まれる天然成分である。一定量のピニ トールを服用することが、高血糖値の抑制や多嚢胞卵巣症の改善につながるなどの報告があり、
米国FDAは食品補助成分として安全性を認めている。我々の培養細胞実験ならびに動物実験によ っても、ピニトールが筋肉組織へのブドウ糖吸収を優先的に
促進することが示されている。さらに、昨年度実施した医学 研究科との共同によるヒト介入試験の結果より、ピニトール 投与とBMIならびにHbA1cの抑制に相関が認められ、肥満や 高血糖症の緩和効果が確認された。この経過を受けて、フジ ッコとの共同により北海道帯広市にてダイズ植物（葉、茎、
さやなどの廃棄物）からピニトールを抽出するパイロットプ ラントを立ち上げた。こうして抽出されたピニトールを使用 して、ショートブレッドや濃厚野菜スープなどの食品の試作 を行い、応用商品の開発と受容性調査を行った。特に前者は、
北海道帯広農業高等学校よりP-CUBEという愛称にて開発さ れ、「わが村は美しく－北海道」運動第８回コンクールへ応 募するとともに、とかちマルシェに出品して広く一般に提供 試食の機会を設けた。（右図はその告知ポスター）
も う 一 つ の 開 発 タ ー ゲ ッ ト で あ り 、ア ル ツ ハ イ マ ー 病 の 予 防・治 療 効 果 が 期 待 さ れ る
- - +
- - - -
+
40 80 120
浮腫(μm)
0 腹腔内投与 経口投与
IgE/Ag -/+ +/+ +/+ +/+
F-フコイダン投与法による浮腫抑制効果の違い
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シ ロ- イ ノ シ ト ー ル （
scyllo-inositol） に つ い て は 、 遺 伝 子 組 み 換 え 枯 草 菌 に よ る 生 産 方 法 の 改 良 を 進 め た 。 原 料 と な る ミ オ
-イ ノ シ ト ー ル （myo-inositol） を 細 胞 内 へ 取 り 込 むト ラ ン ス ポ ー タ ー な ら び に 補 酵 素NADPHの 供 給 を 増 強 す る こ と に よ っ て
25 g/L/48 h以上 と い う 高 効 率 な 生 産 系 を 実 現 し た 。
大澤 朗
「 ヒ ト 腸 管 モ デ ル に よ る タ ウ リ ン の 腸 内 細 菌 叢 内 で の 動 態 の 検 証 」
タ ウ リ ン は 生 体 組 織 中 に 高 濃 度 に 存 在 す る 遊 離 ア ミ ノ 酸 の 一 つ で あ り 、炎 症 性 腸 疾 患 に 対 し て 腸 管 で の 炎 症 を 抑 制 す る 作 用 を 持 っ て い る 事 が 知 ら れ て い る 。し か し 、タ ウ リ ン の ヒ ト 腸 内 細 菌 叢 内 で の 動 態 に つ い て の 知 見 は 乏 し く 、動 物 実 験 に よ っ て 推 察 さ れ て い る も の の 、 ヒ ト に お け る 効 果 は 実 証 さ れ て い な い 。 我 々 は こ の 問 題 を 打 開 す る た め に 、
in vitro培 養 系 ヒ ト 腸 管 モ デ ル を 開 発 し て き て お り 、ヒ ト 腸 内 の 細 菌 叢 を 保 持 し て 、既 存の プ レ バ イ オ テ ィ ク ス を 投 与 す る 事 で ビ フ ィ ズ ス 菌 の 増 殖 を 再 現 で き る 事 を 確 認 し て き た 。そ こ で 、タ ウ リ ン を 培 養 系 ヒ ト 腸 管 モ デ ル に 投 入 し て 、タ ウ リ ン の 腸 内 細 菌 叢 内 で の 動 態 を 検 証 す る 事 を 目 的 と し た 。 ま ず 培 養 器 に
GAM培 地 を 基 礎 培 地 と し て 投 入 して 、 嫌 気 状 態 を 保 つ た め に 窒 素 ・ 二 酸 化 炭 素 混 合 ガ ス を 曝 気 し た 。 次 に 健 常 人
8人 ず つの 糞 便 を 投 入 し て37℃ で
30時 間 培 養 し て 、10mMタ ウ リ ン 添 加 あ り ・ な し で 比 較 し た 。糞 便 お よ び 培 養 液 よ り
DNAを 抽 出 し て 精 製 後 にBacteriaの16S rRNA遺 伝 子V3-V4可 変 領域 に 特 異 的 な プ ラ イ マ ー でPCR増 幅 し て 、次 世 代 シ ー ク エ ン サ ー に 供 し て 配 列 解 析 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、
30時 間 後 の 発 酵 液 中 に はBacteroidetes、Firmicutes、Actinobacteria、 Proteobacteriaの4門 が 保 持 さ れ て 糞 便 中 と 一 致 し て お り 、 個 人 の 特 徴 を 反 映 し て い た 。タ ウ リ ン は 嫌 気 的 な 培 養 系 中 に お い て は 消 費 さ れ ず に 残 存 し て い た が 、好 気 的 条 件 で は 消 費 さ れ た 。以 上 よ り 、タ ウ リ ン は ヒ ト 大 腸 内 に 達 す る 事 が で き れ ば 腸 内 細 菌 叢 に 消 費 さ れ る 事 な く 腸 管 上 皮 に 達 し て 抗 炎 症 作 用 を 示 す こ と が 示 唆 さ れ た 。
白井 康仁
ジ ア シ ル グ リ セ ロ ー ル キ ナ ー ゼ （
DGK） は ジ ア シ ル グ リ セ ロ ー ル （DG） ホ ス フ ァ チジ ン 酸（
PA）に 変 換 す る 脂 質 キ ナ ー ゼ で あ る 。DGとPAは 共 に 脂 質 シ グ ナ ル と し て 様 々な 酵 素 の 活 性 を 調 節 す る こ と か ら 、
DGKも ま た 生 体 内 で 重 要 な 働 き を し て い る と 考 え られ て い る 。本 年 度 は 、10種 報 告 さ て い る 哺 乳 類 の
DGKサ ブ タ イ プ の う ち 、DGKαの 糖 尿病 性 腎 症 改 善 に お け る 機 能 解 析 を 行 い 、 ビ タ ミ ン Ｅ が
67LRを 介 し て 腎 糸 球 体 の ポ ド サイ ト の 脱 落 を 防 ぐ こ と で 、 糖 尿 病 腎 症 の 改 善 に 寄 与 し て い る こ と を 明 ら か に し 、
Scientific Reportに 報 告 し た 。 ま た 、 こ の67LRと ビ タ ミ ン Ｅ と の 結 合 様 式 を 調 べ る た めにUCSDか ら 共 同 研 究 者 を 招 聘 し 、 ビ タ ミ ン Ｅ が
67LRと 相 互 作 用 す る 部 位 は 、EGCgとは 異 な る こ と を コ ン ピ ュ ー タ ー モ デ リ ン グ に よ り 明 ら か に し た 。 さ ら に 、DGKγノ ッ ク
ア ウ ト マ ウ ス を 作 製 し 、 そ の 表 現 型 を 解 析 す る こ と に よ り 、
DGKγが 協 調 運 動 や 皮 膚 の分 化 （ 下 図 ） に 重 要 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。
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竹中 慎治
「卵殻膜分解酵素の異種発現と同酵素を用いた卵殻膜からの生理活性ペプチドの解析」に関する 研究を行った。
P. aeruginosa ME-4由来メタロプロテアーゼの配列を参考に、BLAST検索を行いアミノ酸レベルで類似性の高い類縁酵素の検索を行った。
Collimonas属、Janthinobacterium属および Aeromonas属由来プロテアーゼはME-4_プロテアーゼとの類似性は60から70％（identity）であった。そこで、NBRCからタイプカルチャー（NBRC 3740、NBRC102515、NBRC12659、NBRC13784）
を購入し、プロテアーゼ活性、エラスターゼ活性、卵殻膜分解酵素活性を調べた。ME-4_プロテ アーゼと比較すると、購入菌株由来のプロテアーゼは確かにエラスターゼ活性が見られたが、卵 殻膜に対する活性はME-4_プロテアーゼが最も高く、他の3倍以上であった。
橋本 堂史
「アリルイソチオシアネートの体内動態および機能性に関する研究」
昨 年 度 の 研 究 に お い て ア リ ル イ ソ チ オ シ ア ネ ー ト （
AITC） を マ ウ ス に 経 口 投 与 し た とき に 、N-ア セ チ ル
-S-(N-ア リ ル チ オ カ ル バ モ イ ル)-L-シ ス テ イ ン 抱 合 体（
NAC-AITC）が他 の 代 謝 物 と 比 べ 肝 臓 中 で 最 も 高 い バ イ オ ア ベ イ ラ ビ リ テ ィ を 示 し た 。今 年 度 は 、ま ず 細 胞 レ ベ ル に お け る 細 胞 内 蓄 積 量 を 調 べ た 。
HepG2細 胞 を グ ル タ チ オ ン 抱 合 体（AITC-GSH ） 、 シ ス テ イ ニ ル グ リ シ ン 抱 合 体 （
AITC-Cys-Gly） 、 シ ス テ イ ン 抱 合 体（AITC-Cys ） ま た は
NAC-AITCで 処 理 し た と き 、 い ず れ の 場 合 も 主 にAITC-GSHと し て細 胞 内 に 蓄 積 し て い た 。ま た 、細 胞 を こ れ ら の 代 謝 物 で 処 理 し た と き 、各 代 謝 物 に よ り
強 度 の 違 い は あ る が 、
G2/M期 に お け る 細 胞 周 期 の 停 止 が 起 こ り 、 こ の 細 胞 周 期 停 止 誘導 活 性 と 細 胞 内 の
AITC-GSH蓄 積 量 の 間 に 正 の 相 関 が あ る こ と が 示 さ れ た 。 以 上 の こ とか ら 細 胞 内AITC-GSHが 細 胞 周 期 停 止 活 性 を 有 し て い る と 考 え た 。
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久世 雅樹
高 輝 度 発 光 基 質 の 化 学 合 成
内 在 性 生 体 成 分 の 可 視 化 手 法 の 開 発 は 、機 能 分 子 の 活 性 発 現 機 構 を 解 明 す る う え で 必 須 で あ る 。 本 研 究 で は 、
ROS依 存 型 発 光 タ ン パ ク の 発 光 強 度 を 高 め る こ と を 目 的 と し た 。昨 年 度 合 成 し た
ROSに 影 響 を 受 け な い 基 質 誘 導 体 の 化 学 構 造 を さ ら に 改 変 し 発 光 強 度を 強 め る こ と に し た 。構 造 活 性 相 関 の 結 果 を も と に 分 子 構 造 を さ ら に デ ザ イ ン し な お し た 結 果 、検 討 し た 結 果 、天 然 型 基 質 よ り も ２ 倍 も の 発 光 強 度 を 示 す 誘 導 体 が 合 成 で き た 。 さ ら に 、下 図 に 示 し た よ う に 、導 入 し た ヘ テ ロ 原 子 の 効 果 は 芳 香 環 上 の フ ッ 素 原 子 の 数 で 調 節 で き る こ と も 判 明 し た 。
N N N O
X HO
OH
F
伊藤 俊樹
細胞膜を変形する活性をもつチロシンキナーゼFerにおいて、細胞膜の曲率に依存する膜結合領域 を見出した。この領域の膜結合に必須の領域を同定し、当該配列を持つ合成ペプチドが膜曲率依 存的に両親媒性の
αへリックス構造を取ること、両親媒性を失う変異体は膜曲率依存的な結合能 を失うことを明らかにした。また、この領域は天然変性状態を取っている一方、隣接するドメイ ン構造とのトリプルへリックスを形成することで負に制御されること、反対側に存在するSH2ド メインによる可動性により開状態を取ることなどが示唆された。
※ 原 則 と し て ， ホ ー ム ペ ー ジ に 公 表 し ま す 。
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４．論文・著書
[論文]
論文名：F-fucoidan from Saccharina japonica is a novel inducer of galectin-9 and exhibits anti-allergic
activity.著者名：Tanino, Y., Hashimoto, T., Ojima, T. and Mizuno, M.
掲載誌，巻，ページ：Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition，59巻，PP.25-30，2016年
論文名：
A novel in vitro co-culture model comprised of Coco-2/RBL-2H3 cells to evaluate anti-allergic effects of food factors through the intestine.著者名：Yamashita, S., Yokoyama, Y., Hashimoto, T. and Mizuno, M.
掲載誌，巻，ページ：Journal of Immunological Methods，435巻，PP.1-6，2016年
論文名：
A metabolite of dietary glucosylceramide from pineapples improves the skin barrier function in hairless mice.著者名：Kuwata, T., Hashimoto, T., Ohto, N., Kuwahara, H., Lee, J.W., Bamba, T. and Mizuno, M.
掲載誌，巻，ページ：Journal of Functional Food，30巻，PP.228-236，2017年
論文名：Heterologous expression and characterization of the Aspergillus aspartic protease involved in
the hydrolysis and decolorization of red-pigmented proteins著者名：Takenaka, S., Umeda, M., Senba, H., Koyama, D., Tanaka, K., Yoshida, K., and Doi, M.
掲載誌，巻，ページ：J. Sci. Food Agri. 2016. in press.
論文名：Bacillus subtilis GntR regulation modified to devise artificial transient induction systems.
著者名：
Majidian, P., Kuse, J., Tanaka, K., Najafi, H., Zeinalabedini,M., Takenaka, S., and Yoshida, K.（国際共著）
掲載誌，巻，ページ：J Gen Appl Microbiol. 62(6):277-285. 2017
論文名：A Single-Batch Fermentation System to Simulate Human Colonic Microbiota for
High-Throughput Evaluation of Prebiotics.著者名：Takagi, R., Sasaki, K., Sasaki, D., Fukuda, I., Tanaka, K., Yoshida, K., Kondo, A., and Osawa,
R.掲載誌，巻，ページ：PLoS One, 11(8):e0160533. 2016
論文名：Bacillus subtilis 5’-nucleotidases with various functions and substrate specificities.
著者名：Terakawa, A., Natsume, A., Okada, A., Nishihata, S., Kuse, J., Tanaka, K., Takenaka, S.,
Ishikawa, S., and Yoshida, K.掲載誌，巻，ページ：BMC Microbiol. 16(1), 1-13. 2016.
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論文名：Bacillus subtilis iolU encodes an additional NADP+-dependent scyllo-inositol dehydrogenase.
著者名：Kang, D.-M., Tanaka, K., Takenaka, S., Ishikawa, S., and Yoshida, K.
掲載誌，巻，ページ：Biosci Biotechnol Biochem. in press. 2016.
論文名：Age-related changes in
gut microbiota composition from newborn to centenarian: a cross-sectional study.※著者名：Odamaki, T., Takahashi, S., Sugahara, H., Iwabuchi,N., Xiao, J-Z., Abe, F., & Ro Osawa 掲載誌，巻，ページ：BMC Microbiology，DOI: 10.1186/s12866-016-0708-5，2016
論文名：Enzymatically synthesized glycogen inhibits colitis through decreasing oxidative stress.
著者名：Mitani T, Yoshioka Y, Furuyashiki T, Yamashita Y, Shirai Y, Ashida H.
掲載誌，巻，ページ：Free Radic Biol Med. 106, 355–367.
論文名：Diacylglycerol Kinase alpha is Involved in the Vitamin E-Induced Amelioration of Diabetic
Nephropathy in Mice著者名：Hayashi D, Yagi K , Song C, Ueda S, Yamanoue M, Topham M, Suzaki T, Saito N, Emoto N,
ShiraiY.掲載誌，巻，ページ：Scientific Report (in press)
論文名：Extracellular protease derived from lactic acid bacteria stimulates the fermentative lactic acid
production from the by-products of rice as a biomass refinery function.著者名：Masanori Watanabe1, Charin Techapun, Ampin Kuntiya, Noppol Leksawasdi, Phisit
Seesuriyachan, Thanongsak Chaiyaso, Shinji Takenaka, Isamu Maeda, Masahiro Koyama, Kozo Nakamura（国際共著）掲載誌，巻，ページ：Journal of Bioscience and Bioengineering，123，245-251, 2017
論文名：細胞膜の曲率と張力をめぐる分子機構 著者名：伊藤俊樹
掲載誌，巻，ページ：生体の科学，第67巻3号，PP.214-219，2016年
[著書]
著 書：応用微生物学 第3版（共著）
著者名：吉田 健一 巻，ページ： PP.88-93
発行所，発行年：文英堂出版，2016年
著 書：細胞のシグナル伝達（共訳）
著者名：伊藤俊樹
巻，ページ：第7章，PP.161-182
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発行所，発行年：メディカルインターナショナル，2016年
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５．関 連 活 動 及 び 特 記 事 項
（ １ ） 受 賞 （賞名称，受賞対象，受賞者名，授与機関名、受賞年・月）（KUIDにあわせる）
日本農芸化学会関西支部若手優秀発表賞
（ 表 彰 団 体 名 ： 公 益 社 団 法 人 日 本 農 芸 化 学 会 関 西 支 部
,対 象 研 究 テ ー マ ： 皮膚に おけるジ ア シ ル グ リ セ ロ ー ル キ ナ ー ゼ
γの 機 能 解 析 ）受 賞 者 名 ： 菊 永
佐 紀 子
受 賞 年 月 日 ： 平 成28年12月3日六篠学術奨励賞
（ 表 彰 団 体 名：六 篠 会, 対 象 研 究 テ ー マ：小 脳 が 司 る 協 調 運 動 に お け る
DGK-PKC機 能 協 関 の 機 能 解 明 ）
受 賞 者 名 ： 津 曲
