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糖鎖高分子を用いた病原体防除材料の開発

Author(s)三浦, 佳子Citation

科学研究費補助金研究成果報告書: 1‑5

Issue Date

2010‑06‑10

TypeResearch Paper

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publisher

URL

http://hdl.handle.net/10119/9041

RightsDescription

研究種目：若手研究（Ｂ）, 研究期間：2008〜2009,
課題番号：20750088, 研究者番号：00335069, 研究分
野：化学, 科研費の分科・細目：複合化学・高分子化学Japan Advanced Institute of Science and Technology

様式 C-19
科学研究費補助金研究成果報告書
平成 22 年 6 月 10 日現在
研究種目：若手研究（Ｂ）
研究期間：2008～2009
課題番号：20750088
研究課題名（和文）糖鎖高分子を用いた病原体防除材料の開発
研究課題名（英文） Pathogen Removal Materials by Glycopolymers
研究代表者
三浦 佳子（MIURA YOSHIKO）
北陸先端科学技術大学院大学・マテリアルサイエンス研究科・准教授
研究者番号：00335069
研究成果の概要（和文）：
細胞表面に存在する糖鎖と病原体の結合を利用した新規な糖鎖高分子材料の合成と機能の解析を行った。硫酸化糖、ウロン酸を側鎖にもつポリアクリルアミド誘導体を合成して、グリコサミノグリカンのモデル分子として働きを検討して,アミロイド β の凝集抑制効果を示すことを明らかにした。糖鎖高分子について、RAFT 剤を用いたリビングラジカル重合を検討し、チオール末端を有する糖鎖高分子を得ることができた。得られた糖鎖高分子については、金や金微粒子に対し容易に結合して、複合材料を得ることができた。
研究成果の概要（英文）：The acrylamide derivatives of sulfonated glucosamine and uronic acid were synthesized
as glycosaminoglycan model polymers. The polymers were bound to amyloid  peptides toinhibit the aggregation of peptides.

The living radical polymerization of glycopolymers

was investigated with RAFT reagents. The living radical polymerization provides theglycopolymers with thiol terminal, which were combined with gold substrates and gold
nanoparticles. The glycopolymer hybrid materials showed the specific affinity to protein,pathogen and bacteria.
交付決定額（金額単位：円）2008 年度
2009 年度
年度
年度
年度
総 計

直接経費
2,100,000
1,300,000

間接経費
630,000
390,000

3,400,000

1,020,000

研究分野：化学
科研費の分科・細目：複合化学・高分子化学
キーワード：生体関連高分子、糖鎖高分子、リビング重合合計
2,730,000
1,690,000

4,420,000

１．研究開始当初の背景（1）生理活性糖鎖を側鎖に有する、“糖鎖高分子”が生理活性機能材料として注目を集めている。生理活性糖鎖は、生体のシグナル分子として働き、ウイルス、毒素タンパク質、細菌などの細胞感染や疾病に関わっている。
糖鎖とタンパク質の相互作用は単独では弱いが、糖鎖高分子として集合化させると、“糖鎖クラスター効果”と呼ばれる多価効果によって強く成る。加えて、糖鎖高分子は高分子の構造に基づく、材料形成能を持っているために、優れた生体機能材料になることが知られている。
（2）これまでに糖脂質や糖タンパク質糖鎖を結合させた糖鎖高分子の開発が進んできていた。当時はより複雑な構造を持つ、多糖、グリコサミノグリカンの機能を実用化する材料の開発が望まれていた。グリコサミノグ①グリコサミノグリカンは種々の硫酸化糖やウロン酸（カルボン酸を含む糖鎖）の共重合体で、不斉反転構造を含む、複雑な化学構造をしている。グリコサミノグリカンの機能解析は、含有オリゴ糖の合成を通じた見事な研究によって証明されてきた。しかし、オリゴ糖鎖では、機能材料として展開させることが難しい上、高分子物性や多価効果などの多糖特有の働きを再現することはできない。そこで、研究代表者はグリコサミノグリカン含有糖鎖構造を抽出して、ビニル型のモノマーとして誘導体化、高分子化し、模倣するバイオミメティックな手法によって、グリコサミノグリカンモデル高分子、ライブラリー高分子の合成を行うことを目的とした。
②病源体を除去する材料への開発に向けて、他の材料に接合した糖鎖高分子の調製手法を検討することについても目的とした。

リカン類は、多くの生命現象に関わっており、その機能の再構築と実用化が最も強く求め３．研究の方法られている天然高分子である。天然のグリコ(1)グリコサミノグリカンに含まれる糖鎖をサミノグリカンは大変高価であるため、再合取りだして、これをアクリルアミド誘導体と成の研究が積極的に行われている。生物学分して合成した。得られたモノマーについては、

野では、国内外で糖鎖合成酵素の解析、クロフリーラジカル重合及び、リビングラジカルーニングが進められている。また、有機化学重合によって高分子化して、グリコサミノグ分野では、グリコサミノグリカン含有糖鎖合リカンモデル高分子を得た。これらの高分子成について粛々と行われている。しかし、こについて、アルツハイマー病アミロイドβとうした手法ではグリコサミノグリカンの構の結合活性を調べた。

成糖鎖の合成はできても、材料展開に至る、(2)リビング重合については、RAFT リビン

高分子量の多糖の合成、及び実践的な量の確グラジカル重合を行い、精密な高分子を得る保は難しかった。と同時に、末端にチオールを導入することで、２．研究の目的（１）本研究では生理活性多糖（グリコサミノグリカン）を模倣した高分子の合成を行い、この高分子によって病原体を防除する材料の創製を行うことを目的とした。

金微粒子、金基板やマレイミドを介した基材のカップリングを検討した。金微粒子や金基板については結合特性について分光学的な解析を行った。

４．研究成果(1) 6 位硫酸化グルコサミン、グルクロン酸、アセチルグルコサミンのアクリルアミド誘導体を合成し、アクリルアミドとの共重合体をラジカル重合することによって得た。これらのモノマーの分率、分子量を調製することで、グリコサミノグリカンモデルポリマーを合成した。このポリマーについて、アルツハ
イマー病アミロイド β ペプチドの凝集抑制活性を調べた。
①6 位硫酸化糖を含む高分子は、アミロイドβ ペプチドに対する結合活性を示し、凝集を抑制した。グルクロン酸と６位硫酸化糖の高分子が最も強い凝集抑制能を示した。アミロ
イド β の凝集に対する糖鎖高分子の効果を速度論的な解析を行ったところ、硫酸化糖ユニットがアミロイド β 同士の凝集核形成を抑制する効果があり、グルクロン酸ユニットは線維の伸長を抑制する効果があることがわかった。硫酸化糖とグルクロン酸の双方を持っている共重合体の高分子では、この２つの働きを両方とも持っているために最も優れた凝集抑制活性を示したと考えられた。これらの糖ユニットの役割の違いについては、硫酸化糖やグルクロン酸を含む天然多糖である、ヘパリン、ヒアルロン酸でも検証した。ヘパリンが強いアミロイド β タンパク質との結合能を持つことや、ヒアルロン酸がアミロイドβ の線維の伸長抑制に一定の効果があることを見出した。

制能と線維伸長抑制効果の双方を発揮することがわかった。
（2）RAFT リビングラジカル重合を利用した糖鎖高分子の合成と複合材料の開発を検討した。マンノースやグルコサミンを側鎖に有するアクリルアミド誘導体について、リビングラジカル重合を行うことで、分子量が均一に制御された糖鎖高分子を得た。この末端を還元することで、チオールを末端に持つ糖鎖高分子を合成し、金基板や金微粒子と複合化した。
①金微粒子と複合化させた糖鎖高分子については認識が対応するレクチンを加えると、金微粒子が凝集して、色調変化が起こることが観察された。その色調変化は特異的で、対応しないレクチンやアルブミンでは起こらなかった。かつ、金微粒子は何も加えなければ半年以上にわたって安定であることがわかった。糖鎖高分子修飾金微粒子を用いて、これを大腸菌に接触させた上で、遠心分離することで、大腸菌を取り除ける材料になることがわかった。
②糖鎖高分子を金基板に接合させて、糖鎖高分子修飾基板を作成した。この基板について、タンパク質との結合を表面プラズモン(SPR)によって測定すると、高分子のクラスター効果による糖鎖―レクチンの強い相互作用が確認された。また、基板上でも糖鎖とレクチン間の相互作用は特異的で、S/N で 15 倍以上と非常に高いことが分かった。

②また、主鎖をポリ γ グルタミン酸にして、硫酸化糖や硫酸基を導入した高分子も合成して、生分解性のグリコサミノグリカンモデル高分子についても合成を行った。生分解性のグリコサミノグリカンモデル高分子については、側鎖にカルボン酸ユニットがあるため、ウロン酸様の働きがあり、硫酸基を導入することによって、アミロイドβへの凝集抑５．主な発表論文等（研究代表者、研究分担者及び連携研究者には下線）〔雑誌論文〕（計 7 件）
1. YoshikoMiura,Hikaru

Mizuno,“Interaction Analyses of Amyloid beta
Peptide (1-40) with Glycosaminoglycan
Model Polymers”Bull Chem Soc Japan,（掲載確定）査読有
2. Yoshiko Miura, “Inhibition of Protein
amyloidosis by glycomaterials”
Trends in Glycosci. Glycotech, 2009,21, 324-334. 査読有
3. M. Toyoshima, Y. Miura, “Preparationof Glycopolymer-substituted Gold
Nanoparticles and Their Molecular
Recognition”, Journal of Polymer
Science Part A: Polymer Chemistry,
2009, 47, 1412-1421.

査読有

4. K. Funato, N. Shirahata, Y. Miura,“The monolayer of -Man via Si-C bondformation and protein recognition”,
Thin Solid Films 2009, 518, 699-702.
査読有5. Y. Miura, C. You, R. Ohnishi,“Inhibition of Alzheimer amyloid β
aggregation by polyvalent trehalose”,
Sci. Technol. Adv. Mat., 2008, 9, 24407.
査読有6. Y. Miura, K. Yamamoto, K. Yasuda, Y.
Nishida, K. Kobayashi, “Inhibition ofAlzheimer Amyloid Aggregation with
Sulfate Glycopolymers”,Advances inScience and Technology, 2008, 57, 166.
査読無
7. 三浦佳子, “糖質有機薄膜を用いた生体検出”, 表面, 2008, 46, 9, 443.

査読無
〔学会発表〕（計 24 件）
1. 豊島雅幸、三浦佳子、精密糖鎖高分子を用いたハイブリッド材料の創製と生体認
識、生命化学研究会 2010.1.8、 福井
2. 松岡真未、井上雄介、三浦佳子、自己組
織性糖鎖高分子による機能性材料の創製、
MRS-J、2009.12. 7、横浜
3. 豊島雅幸、大浦智之、福田知博、松本絵里乃、三浦佳子、精密糖鎖高分子を用いたハイブリッド材料の創製と生体認識能、第 58 回高分子討論、2009.9.19、 熊本

4. 和田将也、宮澤雄太、三浦佳子、糖鎖高分子を用いたアミロイド抑制材料の開発、
第 58 回高分子討論会、2009.9.18、熊本
5. 伊藤彰浩、三浦佳子、グラフト重合による糖鎖高分子固定化テフロン膜の形成とそのレクチン認識特性、第 58 回高分子討論会、2009.9.18、熊本
6. 船戸幸司、三浦佳子、光反応を利用した水素終端終端シリコン基板上への単分子膜の形成、第 58 回高分子討論会、2009. 9.
18、熊本
7. 三浦佳子、水野光、グリコサミノグリカ
ンモデル高分子によるタンパク質アミロイド化の抑制、第 58 回高分子討論会、2009.9.17、熊本
8. 宮澤雄太、和田将也、三浦佳子、“トレハロース誘導体合成とアルツハイマー阻害剤の開発”、第 89 回日本化学会年会、2009.9.17、熊本
9. Masaya Wada, Yuta Miyazawa, Yoshiko
Miura, Inhibition of amyloid fibril
formationusing
oligosaccharide
carrying polymer, Switzerland-Japan
Biomolecular Chemistry Symposium,
2009.9.11, Tokyo
10. 三浦佳子、糖鎖高分子を利用したアミロイドβタンパク質の凝集抑制効果の検討、
第 29 回日本糖質学会、 2009.9.10、 高山
11. Yoshiko
Miura,Hikaru
Mizuno,Interactionofglycosaminoglycan
model polymers with amyloid beta
peptide, 238th ACS National Meeting,2009.8.19, Washington, DC (USA)12. Masayuki Toyoshima, Tomoyuki Oura,
YoshikoMiura,
Preparation
andbiological properties of glycopolymer
modified gold nanoparticle, 238th ACS
NationalMeeting,2009.8.19,
Washington, DC (USA)13. Koji Funato, Yoshiko Miura, Monoalyerof saccharide formation via Si-C bondformation and protein recognition,
238th ACS National Meeting, 2009.8.17
Washington, DC (USA)14. 三浦佳子、水野光、“グリコサミノグリ
カンモデル高分子によるアミロイドβとの相互作用機構の解析”、第 89 回日本化学会年会、2009.3.28、船橋
15. 伊藤彰浩、三浦佳子、“ガラス基板上へのＯ結合型糖鎖共重合体の固定化とそのレクチン認識特性” 第 89 回日本化学会
年会、2009.3.27、船橋
16. 和田将也、宮澤雄太、三浦佳子、“糖鎖高分子を用いたアミロイド抑制材料の開発” 第 89 回日本化学会年会、2009.3.27、船橋

17. 松本絵里乃、福田知博、三浦佳子、“糖鎖自己組織化膜を用いたアミロイドβとの相互作用解析”、第 57 回高分子討論会、
2008.9.26、 大阪
18. 水野光、山本清文、三浦佳子、グリコサ
ミノグリカンモデル高分子を用いたアミロイドβ凝集阻害剤の創製、第 57 回高分子討論会、2008.9.25、大阪
19. 和 田 健 彦 、 三 浦 佳 子 、 Introductory
Remarks、第 57 回高分子討論会、2008.9.
24、大阪
20. Yoshiko
Miura,
HikaruMizuno,”InteractionofGlycosaminoglycan Model Polymers withAmyloid beta peptide” 236th ACSNationalMeeting,2008.8.19,
Philadelphia, USA
21. 水野光、山本清文、三浦佳子、グリコサ
ミノグリカンモデル高分子を用いたアミロイドβ凝集阻害剤の創製、第 28 回日本糖質学会、2008.8.19、 つくば
22. 船戸幸司、白幡直人、三浦佳子、“Si-C 結合を利用したシリコン基板上での糖鎖単分子膜の形成”第 28 回日本糖質学会、
2008.8.19、 つくば
23. 宮澤雄太、三浦佳子、“トレハロース誘導体を用いたアミロイドβ凝集阻害剤の創製”第 28 回日本糖質学会、2008.8.19、つくば
24. Yoshiko Miura, Kiyofumi Yamamoto,
Kikuko Yasuda, Yoshihiro Nishida,
Kazukiyo Kobayashi, “Inhibition ofAlzheimer Amyloid Aggregation with
Sulfate Glycopolymers” CIMTEC, 2008.
6. 12, Italy.
〔図書〕（計１件）
三浦佳子、複合糖質の化学と最新応用技術、
pp285-292、糖鎖材料を用いたアルツハイマ
ー病へのアプローチ、シーエムシー出版、
2009.
〔その他〕
ホームページ等
http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab
9/
６．研究組織(1)研究代表者
三浦 佳子（MIURA YOSHIKO）
北陸先端科学技術大学院大学・マテリアル
サイエンス研究科・准教授
研究者番号：00335069(2)研究分担者（）
研究者番号：(3)連携研究者（）
研究者番号：