未利用天然資源細胞性粘菌に関する天然物化学的研究

未利用天然資源細胞性粘菌に関する天然物化学的研

究

著者

齋藤 義紀

号

369

発行年

2005

URL

http://hdl.handle.net/10097/15049

氏

名(本

籍)

学 位

の 種 類

学 位 記 番 号

学 位 授 与 年 月 日

学 位 授 与 の 要 件

研 究 科 、 専 攻

学 位 論 文 題 目

さい と う よ し の り

齋

藤

義

紀

博

士(薬

学)

薬

博

第369号

平

成18年3月24日

学 位 規 則 第4条

第1項

該 当

東 北 大 学 大 学 院 薬 学 研 究 科

(博 士課 程)創

薬 化 学 専 攻

未利 用天然資源細胞性粘菌 に関す る天然物化 学的研究

論 文 審 査 委 員

(主

査)教

授

教

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東

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論 文 内 容 要 旨

細 胞 性 粘 菌 は,広 く土壌 中 に生 育 して い る微 生 物 の 一 種 で あ る。 現 在 最 も広 く受 け入 れ られ て い る五 界 説 に よ る 生 物 分 類 の 中 で,細 胞 性 粘 菌 は原 生 生 物 界 に属 し,独 立 した 門 を形 成 して い る。 す な わ ち, 天 然 物 化 学 に お い て,こ れ まで 精 力 的 な研 究 が な され て き た放 線 菌,子 嚢 菌,担 子 菌 な ど とは 分類 学 的 に大 き く異 な って お り,独 特 の 二 次 代 謝 産 物 を 産 生 して い る可 能 性 は 十 分 に 考 え られ る。 しか し,そ の よ うな 天 然 物 化 学 的 ア プ ロー チ は ほ とん どな され て い な い。 細 胞 性 粘 菌 の 最:大の特 徴 と して は,そ の 生 活 環 が 挙 げ られ る(Fig.1)。 まず 胞 子 か ら発 芽 す る と,周 囲 の 微 生 物 を 捕 食 しな が ら増 殖 を繰 り返 す 単 細 胞 の 粘 菌 ア メー バ とな る 。 しか し,周 囲 に 餌 が な くな り 飢餓 状 態 に陥 る と,約10万 個 も の粘 菌 ア メー バ が集 合 を開 始 す る。 この よ うに して で きた 多 細胞 の集 合 体 は,さ らに 予 定柄 細 胞 ・予 定 胞 子 細 胞 とい う2種 類 の 細 胞 へ と分化 し,最 終 的 に 飢餓 か ら約24時 間 で, 多 細 胞 の柄 と胞 子 塊 か らな る子 実体 を形 成 す る 。

移動体

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集合体

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Fig.1Lifbcycleofcellularslimemold,Dた リノ05∫ε伽 初 伽co'∂ 珍〃η2. 細 胞 性 粘 菌 は,短 い サ イ クル で 回 る比 較 的単 純 な生 活 環 の 中 に大 き く異 な る状 態 を併 せ持 つ と と もに, 多細 胞 生 物 の発 生 系 を構 築 す る主 要 過 程 で あ る細 胞 質 分 裂,細 胞 運 動,分 化 とい った 多 彩 な 細 胞 機 能 を 発 揮 して い る。 この こ とか ら,細 胞 性 粘 菌 は発 生 や 細 胞 運 動 の 研 究 の た め の モ デル 生 物 と して広 く用 い られ て い る 。 ま た,以 前 に細 胞性 粘 菌 か らDIF-1と い う化 合 物 が 単 離 され て い る(Fig.2)。DIF-1は,六 置換 ベ ンゼ ン とい う構 造 上 の 大 き な特 徴 を有 す る と と もに,粘 菌 ア メ ーバ か ら柄 細OHO 胞 へ の 分化 を 誘 導 す る生 理 活 性 物 質 で あ る が,マ ウ ス赤 芽 球 性 白血 病B8C1＼ 1/ 細 胞 や ヒ ト白血 病HL -60細 胞 といった哺乳類細胞 に対 して も再分化 を誘 MeOOH 導 あ るい は促 進 す る こ とが 近 年 明 らか とな っ た。 した が っ て,細 胞 性 粘C1 菌 は 哺 乳類 に 対 す る有 用 な化 合 物 を産 生 して い る こ とが期 待 で き る・Fig.2StructureofDIF-1.

以 上 の こ と を ふ ま え,著 者 は 細 胞 性 粘 菌 を 天 然 物 化 学 に お け る 新 た な 天 然 資 源 と し て 活 用 す る こ と を 目 的 と した 研 究 を 行 っ た 。 ま ず,数 種 のD'cり ・o∫'ε伽 〃3属 細 胞 性 粘 菌 を 大 量 培 養 し,得 ら れ た 粘 菌 子 実 体 の 抽 出 物 に 含 ま れ る 新 規 二 次 代 謝 産 物 の 探 索 を 行 っ た 。 そ の 結 果,新 規 ア ミ ノ 糖 由 来 化 合 物furanodictineA,Bお よ び dictyoglucosamineA,Bを,新 規 芳 香 族 化 合 物brefelamideを そ れ ぞ れ 単 離 し,各 種 分 光 学 的 手 法 を 用 い て 化 学 構 造 を 決 定 し た(Fig.3)。

FuranqdictineAお よ びBは,そ れ ぞ れ1V-acetyl-D-glucosamine:お よ びN-acetyl-D-mannosamineの フ ラ ノ ー ス 型 へ の 異 性 化 と,そ れ に 続 く3位 一6位 間 で の 脱 水 に よ り導 か れ る 化 合 物 で あ る と考 え ら れ る 。 し か し,こ の よ う な エ ー テ ル 結 合 を 形 成 し て い る 化 合 物 が 天 然 よ り 得 られ た の は 初 め て で あ る 。 DictyoglucosamlneAお よ びBは,い ず れ も1>一acetyl-D-glucosamineに 対 し て 複 数 の 脂 肪 酸 が 直 接 結 合 し た 構 造 を 有 す る 化 合 物 で あ り,こ の よ う な 置 換 様 式 の も の は こ れ ま で 知 られ て い な い 。Brefelamide は,3つ の ベ ン ゼ ン 環 が エ ー テ ル 結 合,ア ミ ド結 合,お よ び カ ル ボ ニ ル 基 と い っ た 官 能 基 を 介 し て 直 鎖 状 に 連 結 し た 特 徴 的 な 化 合 物 で あ る 。 さ ら に,天 然 に お い て 比 較 的 珍 し い1,2,3一 三 置 換 ベ ン ゼ ン構 造 を 有 し て お り,そ の 置 換 基 と して4-hydroxyphenoxyl基 を 持 つ 化 合 物 は 前 例 が な い 。

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DictyoglucosamineA:R=CH,CHZfromD,puipureum

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O Brefelamide from∠Z・6囎 治 佛 ノ7〃77and∠ λ9物 ノ7滋θ〃77 Fig.3Novelcompoundsisolated丘omD'cり ∼03'θ枷 〃2cellularsllmemolds.

こ れ ら の 化 合 物 は,い ず れ も細 胞 性 粘 菌 の 培 養 子 実 体 か らは 微 量 し か 得 られ な か っ た 。 そ こ で,推 定 構 造 の 確 認,絶 対 構 造 の 決 定,お よ び 生 物 活 性 試 験 を 行 う上 で 十 分 な 量 を 確 保 す る こ と を 目 的 と し て, これ ら の 化 合 物 の 合 成 に 着 手 した 。 FuranodictineAお よ びBの 合 成 は,そ れ ぞ れN-acetyl-D-glucosamine,1V-acetyl-D-mannosamineを 出 発 物 質 と し,3位 一6位 間 で の エ ー テ ル 結 合 形 成 と,そ れ に 続 く フ ラ ノ ー ス 型 へ の 異 性 化 を 鍵 段 階 とす る11段 階 の 反 応 で 達 成 さ れ た 。DictyoglucosamineAお よ びBの 合 成 は,と も にN-acetyl-D-glucosamine の3位,6位 の 水 酸 基 に 対 し,対 応 す る 脂 肪 酸 を 順 次 縮 合 さ せ る9工 程 の 反 応 に よ り行 っ た 。 ま た, bre驚lamideの 合 成 は,2-nuoronitrobenzeneか らイ ン ドー ル 化 合 物 へ と 誘 導 し,さ ら に そ れ を 酸 化 開 裂 す る こ と で9段 階 で 合 成 す る こ と が で き た(SchemeI)。 a)SynthesisoffuranodictineAandB.

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FuranodictineA:2R FuranodictineB:2S

b)SynthesisofdictyoglucosamineAandB.

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c)Synthesisofbrefelamide.

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Brefelamide .続 い て,こ れ ら の 合 成 品 を 用 い て 生 物 活 性 に つ い て の 検 討 を 行 っ た 。 そ の 結 果,furanodictine類 お よ びdictyoglucosamine類 は,神 経 細 胞 の モ デ ル 細 胞 で あ るPCi2細 胞 に 対 し て 神 経 突 起 形 成 促 進 作 用 を 示

し,ア ル ツ ハ イ マ ー 病 の よ うな 神 経 変 性 疾 患 に 対 す る神 経 再 生 薬 の リー ド化 合 物 と して の 可 能 性 が見 い だ され た 。 一 方,brefelamideは ヒ トア ス トロサ イ トー マ 細 胞 に対 して細 胞 周期 をG21M期 で阻 害 す る こ とに よ る細 胞 増 殖 抑 制 作 用 を示 す こ とが 明 らか とな り,抗 腫 瘍 薬 の リー ド化 合 物 として期 待 され る。 以 上 の こ とか ら,本 研 究 で は,細 胞 性 粘 菌 が他 の 生 物 に は見 られ な い ユ ニ ー クな 母核 構 造 と哺 乳 類 細 胞 に 対 す る 生 物 活 性 を有 す る興 味 深 い 二 次代 謝 産 物 を産 生 して お り,全 く新 しい リー ド化 合 物 を探 索 す る上 で の 新 規 天 然 資 源 と して非 常 に優 れ て い る こ とを 明 らか に した。

審 査 結 果 の 要 旨

細 胞 性 粘 菌 は 広 く 土 壌 中 に 生 息 す る 微 生 物 の 二 種 で あ り,他 の 生 物 に は な い 独 特 の 生 活 環 を 有 し て い る 。 そ の 生 活 環 は,単 細 胞 体 で 動 物 的 な 性 質 を 持 つ 粘 菌 ア メ ー バ,多 細 胞 体 で 植 物 的 な 性 質 を 持 つ 子 実 体 とい う大 き く 異 な る 状 態 を 併 せ 持 っ て お り,そ の 途 中 の 過 程 で あ る 形 態 形 成 期 も 含 め,多 彩 な 細 胞 機 能 を 発 揮 す る 。 こ の こ と か ら,細 胞 性 粘 菌 は 発 生 ・分 化 ・細 胞 運 動 の 研 究 の た め の モ デ ル 生 物 と し て 広 く 用 い られ て い る 。 し か し な が ら,細 胞 性 粘 菌 を 天 然 物 化 学 的 見 地 か ら捉 え た 研 究 は こ れ ま で ほ と ん ど な さ れ て い な い 。 本 研 究 は,天 然 物 化 学 あ る い は 創 薬 に お い て 未 開 拓 な 天 然 資 源 で あ る 細 胞 性 粘 菌 に 着 目 し,細 胞 性 粘 菌 が 産 生 す る 二 次 代 謝 産 物 に 新 し い 生 物 活 性 物 質 を 求 め た も の で あ る 。 数 種 のD∫cり・o∫∫ε伽 配 属 細 胞 性 粘 菌 の 子 実 体 を 寒 天 培 地 に て 大 量 培 養 し,そ の メ タ ノ ー ル 抽 出 物 に 含 ま れ る 成 分 の 網 羅 的 な 探 索 を 行 っ た 。 そ の 結 果,新 規 ア ミ ノ 糖 誘 導 体 と し てfuranodictineA,Bお よ び dictyoglucosamineA,Bを,ま た,新 規 芳 香 族 化 合 物 と してbrefelamideを 単 離 し,各 種 分 光 学 的 手 法 を 用 い て 構 造 を 決 定 し た 。Furanodictine類 は,フ ラ ノ ー ス 型 の 酔acetyl-D-glucosamineが3位 一6位 間 で エ ー テ ル 結 合 を 形 成 し た 骨 格 を 有 す る 。Dictyoglucosamine類 は,ピ ラ ノ ー ス 型 酔acetyl-D-glucosamineの3 位 に 長 鎖 脂 肪 酸,6位 に 短 鎖 脂 肪 酸 が 直 接 エ ス テ ル 結 合 した 構 造 で あ る 。 ま た,brefblamideは,天 然 物 に は 珍 しい1,2,3一 三 置 換 ベ ン ゼ ン を 中 心 に,3つ の ベ ン ゼ ン環 が 様 々 な 官 能 基 を 介 して 直 鎖 状 に 連 結 し た 化 合 物 で あ る 。 こ れ ら は い ず れ も 独 特 の 母 核 構 造 や 置 換 様 式 を 有 し て い る 。 す な わ ち,本 研 究 は,細 胞 性 粘 菌 が 多 様 な 二 次 代 謝 産 物 を 産 生 し て い る こ と を 示 し た と い え る 。 続 い て,推 定 構 造 の 確 認 お よ び 生 物 活 性 試 験 に と っ て 十 分 な 量 を 確 保 す る 目的 で,そ れ ぞ れ の 化 合 物 の 合 成 を 行 い,こ れ ら の 化 合 物 の 生 物 活 性 を 検 討 し た 。Furanodictine類 お よ びdictyoglucosamine類 は, 神 経 細 胞 の モ デ ル 細 胞 で あ るPC-12細 胞 に 対 し て 神 経 突 起 の 形 成 を 促 進 し,神 経 変 性 疾 患 に お け る 神 経 再 生 薬 と な り得 る こ と を 示 唆 し た 。 一 方,brefelamideは,ヒ トア ス トロ サ イ トー マ1321Nl細 胞 に 対 し てG21M期 の 阻 害 に よ る 細 胞 増 殖 抑 制 作 用 を 示 し,抗 腫 瘍 薬 の リー ド化 合 物 と して の 可 能 性 が 見 出 さ れ た 。 以 上,本 研 究 は,細 胞 性 粘 菌 が 未 知 な る 化 学 構 造 と哺 乳 類 細 胞 に 対 す る 生 物 活 性 と を 併 せ 持 つ 有 用 化 合 物 の 探 索 源 と して 非 常 に 優 れ て い る こ と を 明 ら か に し,天 然 物 化 学 に お け る き わ め て 有 益 な 知 見 を 提 供 し た 。 よ っ て,本 論 文 は 博 士(薬 学)の 学 位 論 文 と し て 合 格 と認 め る 。