発表者
山口 公輔(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　大学院生)
板倉 正典(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　助教)
北澤 麗磨(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　大学院生;当時)
林 　世映(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　大学院生)
永田 宏次(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　教授)
柴田 貴広(名古屋大学大学院生命農学研究科　応用生命科学専攻　教授)
赤川 　貢(大阪府立大学　生命環境科学研究科　准教授)
内田 浩二(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　教授/AMED-CREST研究者　兼任)

発表概要

　ポリフェノールは様々な疾患のリスク低減に寄与することから広く注目を集める機能性分子ですが、その作用メカニズムの多くは未だ解明されていません。
　 本研究では、ポリフェノールがタンパク質と反応して生じる「ポリフェノール修飾タンパク質」に着目し、その構造的特徴の解明を試みました。その結果、カテキンなどのカテコール型ポリフェノールがタンパク質のリジン残基と反応し、アルデヒド/2-ピペリジノールを生じることを発見しました(図1)。また、アルデヒド/2-ピペリジノールは自然抗体に認識されることが明らかとなりました。これらの結果から、ポリフェノールによるタンパク質修飾の分子的基盤の一端が明らかとなり、ポリフェノールによる疾病予防メカニズムにタンパク質の修飾ならびに自然抗体による認識が関与している可能性が示唆されました。

発表内容


図1　ポリフェノールによるリジンアナログ (Bt-APA) の酸化的脱アミノ化反応

　ポリフェノールは果物や野菜に豊富に含まれ、様々な疾病への予防効果が期待される機能性食品成分です。その作用機序として抗酸化活性が広く知られる一方で、カテコール型ポリフェノールはリジルオキシダーゼ様活性を示し、タンパク質のリジン残基に対する酸化的脱アミノ化反応を引き起こすことも明らかになっています。発表者らのグループはこれまでに、生体内に恒常的に存在する自然抗体が、酸化リジン残基を含むタンパク質を抗原として認識することで自然免疫を活性化する可能性を示してきました。しかし、酸化的脱アミノ化を受けたリジン残基がどういった構造をとっているのか、その分子基盤の詳細は明らかになっていませんでした。そこで本研究では、リジンの酸化的脱アミノ化における詳細な化学反応に着目して研究を進めました。
　まず、リジンアナログであるN-biotinyl-5-aminopentylamine(Bt-APA)をリジルオキシダーゼと反応させたところ、既知のアルデヒド(N-biotinyl-5-aminopentanal)に加えて新規に2-ピペリジノール(N-biotinyl-2-piperidinol)が同定されました(図1)。2-ピペリジノールは分子内にヘミアミナールを含むユニークな6員環構造をとっており、水溶液中にてアルデヒドとの化学平衡を形成していることが示唆されました。また、2-ピペリジノールはリジンアナログのみならずペプチドやタンパク質においても生成されることが示されました。次いで、ポリフェノールとBt-APAを反応させた後、質量分析計を用いてアルデヒド/2-ピペリジノールの生成を解析しました。その結果、銅イオン存在下において、カテキンやピセアタンノール等のカテコール型ポリフェノールが酸化的脱アミノ化反応を引き起こし、アルデヒド/2-ピペリジノールを生成することが明らかとなりました。さらに興味深いことに、自然抗体がこれらのアルデヒド/2-ピペリジノール生成物を抗原として認識することが明らかとなりました。
　本研究では、新規に2-ピペリジノール構造を同定することで、これまで未解明であった酸化型リジンの分子的基盤の一端を明らかにしました。また、ポリフェノールがタンパク質中のリジン残基を酸化的脱アミノ化し、自然抗体のリガンドを生成することを明らかにしました。これらの発見は、ポリフェノールによる自然免疫系の活性化および疾病予防メカニズムの解明につながることが期待されます。また、カテキンはお茶に豊富に含まれる生理活性物質として知られるほか、ピセアタンノールは赤ワインに含まれるレスベラトロールの代謝産物として知られており、これらの食品の機能性の一端をポリフェノールのリジルオキシダーゼ活性が担っている可能性が示唆されます。以上の知見は、食を通じた健康改善を目指す健康医学の科学的基盤となることが期待されます。
　この研究は、独立行政法人日本学術振興会科学研究費補助金 基盤研究 (S)、AMED革新的先端研究開発支援事業 AMED-CRESTの支援を受けて行われました。

発表雑誌

雑誌名
「The Journal of Biological Chemistry」297, 101035 (2021).
論文タイトル
Oxidative deamination of lysine residues by polyphenols generates an equilibrium of aldehyde and 2-piperidinol products
著者
Kosuke Yamaguchi, Masanori Itakura, Roma Kitazawa, Sei-Young Lim, Koji Nagata, Takahiro Shibata, Mitsugu Akagawa, Koji Uchida
DOI番号
10.1016/j.jbc.2021.101035
論文URL
https://www.jbc.org/article/S0021-9258(21)00837-1/fulltext

問い合わせ先

東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命化学専攻　食糧化学研究室
教授　内田　浩二(うちだ　こうじ)
Tel:03-5841-5127
Fax:03-5841-8026
E-mail:a-uchida<アット>g.ecc.u-tokyo.ac.jp 　<アット>を@に変えてください。
研究室URL:http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/foodchem/index.html