目次へ研 究・教 育 年 報
第 21 巻（2016．1 ～ 2016．12）

東京大学大学院薬学系研究科

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序

文

本「研究・教育年報」第21巻は、東京大学大学院薬学系研究科・薬学部における平成28年（2016）
１月から12月までの１年間の研究・教育活動の記録であり、また、平成29年（2017）７月末日時点
での現況とそこに至る歴史を簡潔にまとめたものである。本書は、本研究科・学部の研究・教育活動、及びその自己評価を、広く社会に向けて公開、報告するためのものである。
本「研究・教育年報」シリーズは、東京大学大学院薬学系研究科・薬学部が、その現況を社会に公開し、かつ、１年間の活動の自己点検・評価を目的として刊行してきたものである。平成４年（1992）に平成２年（1990）１月～３年（1991）12月の研究・教育活動報告を収めた第１巻を刊行して以来、
平成13年度（2001）まで（全６巻）は２年毎に刊行していた。その後、本研究科・学部の活動に対してより短期１年間毎の評価が必要になったことや社会や大学内の状況の変化が速くなっていることに鑑み、平成14年度（2002）からは毎年刊行することとした。
本書は、本研究科の関係者は勿論、東京大学の他研究科、薬系大学、産業界、官界等の関係方面に広く頒布するように努めてきた。また、外国からの来訪者への利便性等も考え、平成14年（2002）
版より英語の要約版を巻末に収載してきたが、平成19年（2007）版からは、この部分の内容をより充実したものとした。
編集責任者として本誌の刊行に御尽力頂いた広報委員長・池谷裕二教授に深謝申し上げる。
2017年７月
大学院薬学系研究科長・薬学部長

新井

洋由

（ｉ）
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◇東京大学大学院薬学系研究科・薬学部の目標
薬学は、医薬の創製からその適正使用までを目標とし、生命に関わる物質、及び、その生体との相互作用を対象とする超領域的学問体系である。東京大学大学院薬学系研究科・薬学部は薬学の主要かつ重要な分野において、国際的に最高水準の研究活動を行い、これに裏付けられた教育活動に
よって薬学の多様な分野の指導者となる人材の養成を行うことを使命とする。本研究科はこれらの活動により、基礎生命科学を推進するのみならず、製薬産業における創薬活動の展開、医療機関における薬物治療の進歩、及び医療行政に寄与し、また、広く薬剤師の活動を支援して、社会に貢献するものである。
◇沿 革
明治元年６月
同 ６年７月
同 ７年４月
同 ９年12月
同 10年４月
同 19年３月
同 20年
同 30年６月
大正８年４月
昭和22年10月
同 24年５月
同 28年４月
同 30年４月
同 33年４月
同 34年４月
同 38年４月
同 40年４月
同 41年４月
同 48年４月
同 51年４月
同 53年４月
平成８年４月
同 ９年４月
同 13年４月
同 14年９月
同 15年４月
同 16年４月
同 16年10月
同 18年２月
同 18年４月
同 18年４月
同 19年４月
同 20年４月
同 22年３月

神田和泉町に医学校が開設される。
医学校に予科２年、本科３年の製薬学科が開設される。
東京医学校と改称される。
東京医学校が本郷に移転する。
東京大学創立に伴い、医学部製薬学科に改組される。
学制改革に際し、帝国大学医科大学と改称され、製薬学科は廃止される。
帝国大学医科大学薬学科として復興される。
東京帝国大学医科大学薬学科と改称。
東京帝国大学医学部薬学科と改称。
東京大学医学部薬学科と改称。
国立学校設置法が公布され、新制度による東京大学医学部薬学科となる。
新制度による大学院として、化学系研究科薬学専攻修士課程が設置される。
大学院化学系研究科に薬学専攻博士課程が設置される。
東京大学医学部薬学科が分離独立して薬学部が設置され、薬学科が置かれる。
製薬化学科設置。
大学院化学系研究科に製薬化学専攻修士・博士課程が設置される。
大学院化学系研究科が改組され、大学院薬学系研究科が設置される。
附属薬害研究施設設置。
千葉市畑町に附属薬用植物園が設置される。
附属薬害研究施設が廃止され、同施設部門の転換等により、大学院薬学系研究科に生命薬学専攻修士課程が設置される。
大学院薬学系研究科に生命薬学専攻博士課程が設置される。
薬学科及び製薬化学科を統合して薬学科１学科とする。
大学院重点化により、分子薬学専攻、機能薬学専攻、生命薬学専攻の３専攻に改組｡
医薬経済学及び創薬理論科学寄付講座が開設される。
ファーマコビジネス・イノベーション寄付講座が開設される。
創薬科学連携客員講座が開設される。
医薬品評価科学講座、産学連携共同研究室（塩野義）が開設される。
医薬品情報学寄付講座が開設される。
総合研究棟完成。
学校教育法、薬剤師法の改正により、薬学部が薬科学科（４年制）と薬学科（６年制）の２学科となる。
医薬政策学（東和薬品）寄付講座が開設される。
アステラス創薬理論科学寄付講座が開設される。
専攻再編により、大学院に統合薬学専攻を新設、４専攻体制となる。
先端創薬棟完成（ii）
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同 22年４月
同 23年４月
同 24年４月

同 24年６月
同 24年10月
同 25年10月
同 26年４月
同 27年４月

大学院修士課程に既存の４専攻を統合して薬科学専攻が設置される。
医薬政策学寄付講座が名称変更し、引き続き設置される。（平成27年３月まで）
大学院博士後期課程（修業年限３年）に既存の４専攻を統合して薬科学専攻が設置される。
薬学博士課程（修業年限４年）薬学専攻が設置される。
医療薬学高度教育開発センターが設置される。
疾患細胞生物学寄付講座（平成24年10月～同29年９月）が設置される。
文部科学省「先端研究基盤共用・プラットフォーム形成事業」の支援の下、ワンス
トップ創薬共用ファシリティセンターが設置される。
医療薬学高度教育開発センターが医療薬学教育センターと改称される。
医薬品情報学寄付講座が育薬学寄付講座（平成27年４月～同32年３月）に名称変更
し、設置される。

（iii）
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目

次

序
文
Ⅰ．概
況
1．平成28年（2016）の主な出来事 .....................................................................................
2．研究科・学部の概要 .....................................................................................................
3．現 勢 ........................................................................................................................
Ⅱ．授業科目1．大学院 ........................................................................................................................
2．学 部 ..........................................................................................................................
Ⅲ．各教室の研究業績概況
薬科学専攻
薬化学教室 ...................................................................................................................
有機反応化学教室 ..........................................................................................................
有機合成化学教室 ..........................................................................................................
天然物化学教室 .............................................................................................................
基礎有機化学教室 ..........................................................................................................
附属薬用植物園 .............................................................................................................
生体分析化学教室 ..........................................................................................................
生命物理化学教室 ..........................................................................................................
衛生化学教室 ................................................................................................................
生理化学教室 ................................................................................................................
分子生物学教室 .............................................................................................................
遺伝学教室 ...................................................................................................................
細胞情報学教室 .............................................................................................................
蛋白質代謝学教室 ..........................................................................................................
協力講座（医科学研究所・分子発癌分野）・細胞生物化学 ...............................................

1
3
13
29
32

39
49
71
84
96
108
111
120
127
136
148
158
168
174
181

薬学専攻
薬品代謝化学教室 .......................................................................................................... 189
蛋白構造生物学教室 ...................................................................................................... 201
微生物薬品化学教室 ...................................................................................................... 209
協力講座（分子細胞生物学研究所)・生体化学 .................................................................. 215
分子薬物動態学教室 ...................................................................................................... 226
薬品作用学教室 ............................................................................................................. 240
機能病態学教室 ............................................................................................................. 250
協力講座（附属病院薬剤部)・臨床薬物動態学 .................................................................. 261
医薬品評価科学教室 ...................................................................................................... 273
医薬政策学寄付講座 .......................................................................................................... 279
ファーマコビジネス・イノベーション寄付講座 ................................................................... 290
育薬学寄付講座 ................................................................................................................ 295
疾患細胞生物学寄付講座 ................................................................................................... 306
リーディング ................................................................................................................... 313
医療薬学教育センター ...................................................................................................... 322
ワンストップ創薬共用ファシリティセンター ...................................................................... 325
Ⅳ．英文概要

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Ⅰ．概

況

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１．平成28年（2016）の主な出来事

１月

・長友優典助教、井上将行教授らが、カルシウムイオンチャネル開閉制御因子リアノジン、およびその類縁天然物の網羅的全合成に成功

２月

・樫尾宗志朗大学院学生、小幡史明特任助教（当時）、三浦正幸教授が、脂肪体におけるメチオ
ニン代謝が遠隔的に組織修復に寄与することを発見

３月

・森貴裕助教、張驪駻大学院学生、阿部郁朗教授らが、インドールアルカロイドの生合成リデ
ザインに成功・井形秀吉大学院学生、佐々木拓哉助教、池谷裕二教授が、初期に失敗したマウスほど成績がよいことを発見

４月

・服部一輝助教、一條秀憲教授が褐色脂肪細胞の機能を制御する新たなシグナル伝達機構を解明

６月・前川早紀子大学院学生、大戸梅治准教授、清水敏之教授が、自然免疫で働く細胞内センサーの詳細な構造を解明
・大戸梅治准教授、石田英子特任研究員、清水敏之教授が、受精において精子と卵子の認識に関わるタンパク質の構造を解明
・向井康治朗特任助教、田口友彦特任准教授、新井洋由教授が、病原体の感染を察知し炎症応答を誘導する自然免疫分子の活性化機構を解明
・谷口敦彦特任研究員、相馬洋平特任研究員、金井求教授らが、病原性アミロイド構造のみを区別して酸素化する光触媒を開発
・手塚則亨大学院学生、平野圭一助教、内山真伸教授が、医薬品骨格に重要なフェノールおよびアニリン類の新しい合成法の開発に成功

８月

・小泉峻大学院学生、村田茂穂教授が、プロテアソームの新規合成を促進する分子機構を解明
・関陽平大学院学生、生長幸之助助教、金井求教授らが、金属を用いないトリプトファン選択的タンパク質修飾反応の開発に成功

１０月 ・川島茂裕特任講師らが、リポゾーム生合成を標的にした新規低分子阻害剤ribozinoindoleの同定に成功
・王東宇大学院学生、王超特任助教、内山真伸教授らが、医薬品骨格に多く見られる炭素－窒素結合の新しい分子変換法を開発
・張志寛大学院学生、大戸梅治准教授、清水敏之教授らの研究グループが、微生物の侵入を感知して免疫系を活性化するTLR7タンパク質の詳細な立体構造を解明
１１月 ・枡田健吾博士課程修了生、長友優典助教、井上将行教授が、自然界に豊富に存在する糖類の直接的な連結法を開発

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＜受

賞＞

・乘本 裕明Ｄ３（薬品作用学）

東京大学総長賞大賞 受賞

・王 東宇

Ｄ３（基礎有機化学）

中国優秀私費留学生奨励賞 受賞

・名黒 功

講師（細胞情報学）

平成28年度日本生化学会奨励賞 受賞

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２．研究科・学部の概要◇略史

東京大学薬学部は明治６年（1873）に創設された東京医学校製薬学科にその源流を発するが、明治10年（1877）の東京大学創立にともない医学部薬学科へと改組され、医学部の一学科となった。その後昭和14年（1939）に京都帝国大学に医学部薬学科が設立されるまで、日本の国立大学における唯一の薬学教育研究組織であった。昭和33年（1958）４月に薬学部として独立し、東京大学の10番目の最も若い学部となった。昭和48年（1973）４月には、附属薬用植物園が設置された。さらに、平成９年（1997）大学院重点化が行われ、大学院薬学系研究科として組織の編成替えが行われた。このような伝統ある歴史の中で、東京大学大学院薬学系研究科・薬学部は一貫して近代～現代の薬学教育・研究の発展に中心的役割を果たしてきており、本学の中で最も古く、かつ最も新しい大学院研究科・学部としての特徴を有している。その詳細は、根本曾代子著「日本の薬学（東京大学薬学部前史）」南山堂（1981）
を参照されたい。

◇運営組織
平成９年（1997）４月の大学院重点化により、分子薬学専攻、機能薬学専攻、生命薬学専攻の３専攻を有する大学院薬学系研究科がスタートしたが、平成20年（2008）には、さらに統合薬学専攻
を加えて組織を再編し、４専攻体制となった。その後、平成18年度（2006）に開始した新しい薬学部
教育課程（４年制薬科学科と６年制薬学科）の年次進行に伴って、平成22年（2010）４月に既存の４専攻を統合して、大学院修士課程に薬科学専攻を、さらに平成24年（2012）４月には、薬科学専攻の博士後期課程（３年制）と６年制薬学科に基礎を置く薬学専攻の博士課程（４年制）を併設する二専攻の体制となった。薬科学専攻には有機薬科学講座（薬化学教室、有機反応化学教室、有機合成化学教室、
天然物化学教室、基礎有機化学教室、薬用植物化学教室）、物理薬科学講座（生体分析化学教室、生命物理化学教室）と生物薬科学講座（衛生化学教室、生理化学教室、分子生物学教室、遺伝学教室、
細胞情報学教室、蛋白質代謝学教室）が配置され、薬学専攻には創薬学講座（薬品代謝化学教室、
蛋白構造生物学教室、微生物薬品化学教室（平成29年（2017）４月より「免疫・微生物学教室」と名称変更））、医療薬学講座（分子薬物動態学教室、薬品作用学教室、機能病態学教室）と社会薬学講座（医薬品評価科学講座）が置かれている。薬剤師教育の強化に向けて、平成26年度（2014）より医療薬学教育センターを設置した。両専攻の専任教員と下記に示した産学連携・寄付講座の特任教員が、薬学系研究科の大学院教育を担当している。また、学部は大学院所属の教員が教育を担当する学科目制の組織として整備された。附属薬用植物園、医学部附属病院薬剤部、分子細胞生物学
研究所（１部門）、医科学研究所（１部門）も大学院薬学系研究科を主たる担当としており、本研究科及び学部の研究・教育を担当している。さらに、大学院医学系研究科、大学院新領域創成科学研
究科、分子細胞生物学研究所、医科学研究所、アイソトープ総合センター、及び環境安全研究セン
ターの教授、准教授が大学院薬学系研究科を副担当としており、本研究科及び学部の研究・教育に協力している。
他方、大学と社会との連携、及び、創薬研究・教育の一層の推進を図る目的で、平成13年（2001）
４月に「創薬理論科学」寄付講座（平成23年（2011）３月終了）を、平成14年（2002）９月には「ファーマコビジネス・イノベーション」寄付講座を、平成15年（2003）４月には、「創薬科学」産学連

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携客員講座（平成27年（2015）３月終了）を、平成16年（2004）10月には「医薬品情報学」（平成27
年（2015）４月より「育薬学」と名称変更）寄付講座を、さらに平成18年（2006）４月にはそれまでの「医薬経済学」寄付講座をさらに発展・充実させるため「医薬政策学（東和薬品）」寄付講座をそれぞれ開設した。また平成24年（2012）10月には、新たに「疾患細胞生物学」寄付講座を開設し、さらに、平成29年（2017）４月より、ヒト細胞を使った各種創薬評価系を作りその適合性を確立することにより、創薬、医療に貢献することを目的とした「ヒト細胞創薬学」寄付講座を開設、また
平成29年（2017）７月に脳神経疾患における疾病発症分子機構の解明を通じ、新薬創薬標的分子の同定と画期的創薬アプローチの確立を目指す「脳神経疾患治療学」社会連携講座が設置された。平
成29年（2017）７月時点での寄付講座開設数は５となり、さらに社会連携講座が一つ加わった。
研究科教授会・教授総会は、前記の薬科学専攻、薬学専攻及び産学連携・寄付講座の教員によって組織され、大学院教育会議は、上記関係分野の他部局教員を含めて組織されている。薬学の基盤をなす学際性を反映した組織として、その有機的連携が最大限図られているといえる。
大学運営に対する寄与は、平成17年（2005）４月から桐野豊教授が東京大学理事・副学長に就任したほか、教員が総長補佐や学内の各種委員を兼任する形で、小規模ながら一教育研究部局としての義務と役割を十分果たしている。
平成16年度（2004）から国立大学法人となったことに伴い、物件費のみならず人件費についても他の独立行政法人と同様の総額管理方式が導入された。東京大学においては、各部局に採用可能な人員の総数「採用可能数」が割り当てられ、これには、従来の国家公務員定員削減率に対応する効率化係数に加え、新規事業のための総長枠を確保するための全学協力係数を適用することが決定された。適切な人員の確保は、益々高度化、多様化する薬学研究・教育の遂行上、大きな課題であるが、今後は、外部資金により雇用される特任教員や非常勤職員の寄与が益々増大するものと考えられる。
東京大学は平成12年度（2000）に定年の延長（３年ごとに定年を１年延長し、最終的に65歳とする）を決定したが、そのときに、教授に対する任期制の導入等、適切な措置を同時にとることが望ましいとされていた。本研究科では、教授に対する任期制の導入は国際慣行に必ずしも沿ったものでないことから、慎重に検討してきたが、講座制をとる限り、これを任期制とカップルさせるのが妥当であるとの結論に到達した。そして、平成15年度（2003）より、55歳以上の教員に任期制を適用することを決定した。これは、本研究科・学部の教員が55歳に達したときに任期制（任期＝５年）に移行すること、60歳に達する１年前に、再任のための評価・審査を受けて、審査に合格すれば再任可とするものである。
平成22年度（2010）に長野哲雄教授が研究科長に就任してからは、研究科の執行体制を強化すべく、
正・副研究科長、研究科内の主要委員会委員長、及び事務長から構成される運営委員会が設置された。
運営委員会は毎月１回程度定例開催されており、執行部のイニシアティブの強化と諸種の案件に対する迅速な対応が図られている。

◇学部教育
東京大学は、現在教養学部を有する唯一の国立大学である。そして、教養学部において、充実した
リベラルアーツ教育により広い視野を持たせる教育を行い、その上で、進学選択制度により、専門分
野を選ばせるという学部教育システムを有している。
教養学部２年次の夏に進学選択が行われ、専門学部への進学が内定する。薬学部は、約80名の学生を

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受け入れているが、その内訳は、理科Ⅱ類から７割－８割、理科Ⅰ類から２割－３割である。薬学部への進学希望者は例年非常に多く、進学が最も難しい学部の一つになっている。女子学生は２割－３割である。
本学部では伝統的に実験が重視され、全員が有機化学、生物有機化学、物理化学、生化学、薬理学等の実習を一年間毎日行う。また、病院薬剤部における実習が３年次において４日間行われている。
全学部の中で最もハードといわれる本学部の教育課程であるが、その意義を教員、学生ともに理解し、努力が続けられている。学生は４年次に前記した教室（協力教員の研究室を含む。）に学生の希望によって配属され、１年間、大学院学生とともに教員の直接指導のもとに卒業研究を行い研究の神髄を学ぶ。ほとんどの学生がこの経験を土台にして、実験の基礎トレーニングを身に着け大学院に進学することになる。講義の学生評価については、平成13年度（2001）から実施しており、その結果は、講義担当教員が講義を改善するための参考資料として活用されている。薬学教育におけるFaculty
Developmentについては、日本薬学会教育部会によるプログラムにすでに多くの教員が参加している。
平成18年（2006）４月に、学校教育法・薬剤師法の改正により、東京大学薬学部は、４年制「薬学科」を廃止して、従来の制度を引き継ぐ４年制「薬科学科」（入学定員72人）及び高度な能力を有する医療系薬剤師の養成に特化した６年制「薬学科」（入学定員８人）の２学科を設置した。
６年制薬学科においては、薬剤師国家試験に対して積極的な取組みを行っており、勉強時間などについても配慮している。この結果、卒業生のうち、国家試験を受験した者の合格率は、平成26年（2014）から平成29年（2017）にかけて４年連続で100％に達した。
平成27年（2015）４月からは、東京大学全体のカリキュラム改革による新学事歴（４ターム制）の導入に伴い、授業時間を１コマ105分とした時間割再編成を実施のうえ、２か月で１単位の授業を完結するという新たなカリキュラムをスタートさせた。

◇薬学教育の改善・充実について
近年、医療における薬剤師の果たすべき役割が質量ともに増大し、その業務内容が高度化していることに鑑み、薬学教育の内容や教育年限が議論されてきた。平成14年（2002）１月21日の薬剤師問題懇談会（文部科学省、厚生労働省、国公立大学薬学部、私立薬科大学・薬学部、日本薬剤師会、及び日本病院薬剤師会の６者による懇談会（「６者懇」と略称されている）において、今後検討すべき課題について合意が成立した。この合意に基づいて、46（当時）の全薬系大学（薬学部・薬科大学）は、日本薬学会を議論の場として、教育内容に関して検討を重ねた結果、改革の方向性が示され、その具体的内容として薬学教育の核となるカリキュラムを平成14年（2002）９月に「薬学教育モデルコア・カリキュラム、薬学教育実務実習、卒業実習カリキュラム」にまとめた。本学薬学部
では、平成14年度（2002）の国公立大学薬学部長（科長・学長）会議の議長大学として、平成14年（2002）12月28日、29日に臨時国公立大学薬学部長（科長・学長）会議を開催した。そこで、薬学教
育の改善充実の基本的方向について議論し、薬学教育年限を含めた将来の教育理念及び制度について取りまとめた。
６者の間で、薬剤師養成教育の内容及び教育年限に関して、大筋で意見の一致を見たことは大きい前進であり、この合意を受け最終的に以下の薬学教育制度が制定された。
すなわち、薬学部及び薬学系研究科に、学部４年間＋大学院５年間のコース（学部4年制コース）

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と学部６年間＋大学院４年間のコース（学部６年制コース）を設置し、それぞれのコース（学科）で薬学部卒業あるいは薬系大学院修了後の多様な進路に対応した教育を行うことになった。前者のコースは薬学研究者養成を主目的としたものであり、後者のコースは薬剤師養成を目的としたものである。この制度は平成16年度（2004）国会で学校教育法及び薬剤師法が改正されたことに伴い、平成18
年度（2006）入学者から正式に適用された。薬剤師国家試験受験資格については、学部６年制コースを卒業した者には従来と同様に国家試験受験資格が与えられるが、研究者養成を主目的とする前者の学部４年制コースの場合にも、さらに薬系大学院修士課程を修了すると共に、６年制コースと同じ教
育内容（国家試験受験に必要な科目、病院実習、薬局実習など）を履修した場合に受験資格が認定されることになった。このコース修了者に対する受験資格は12年の時限であるが、薬学研究者になる者の中で、臨床現場の医療を体験し、それに基づいて国民医療に役に立つ薬学研究を行う者にとっては非常に意義ある制度である。
従来、本学の薬学部卒業者の多くは薬剤師国家試験を受験し、薬剤師の免許を取得しているが、その主たる就職先は大きく二つの部門に分けられる。一つは薬学研究者として大学や国研あるいは企業の研究所などで医療に関する生命科学を基礎から支える部門であり、他方は薬剤師として大学病院の薬剤部等で直接医療に関与する部門である。本学の卒業者は前者の部門に関連する職に就く場合が多いが、今回の教育制度改革では、この研究者養成教育と薬剤師養成教育を明確に分離した。更に、現在では大学院教育においては前者の部門では研究の高度化・専門化と同時に、課題探求能力の育成を目指した、より一層の充実が求められており、後者の部門では薬剤師としての職能教育として近年の高度医療に対応し、かつ臨床現場に即した薬剤師教育を行うことが必要と考えられている。
この様な背景の下、本学部では平成18年度（2006）から学部４年制コースの薬科学科と学部６年制コースの薬学科を設置し、更に平成22年度（2010）は修士課程に薬科学専攻を設置し、平成24年度（2012）には博士課程に薬科学専攻及び薬学専攻が設置された。これにより世界に通用する高いレベルの薬学研究者の養成とともに高度の医療薬剤師の養成のための教育を行う体制を整えることとなった。学部
定員の割り振りは薬科学科９割（72名）、薬学科１割（８名）としている。
今後とも、本研究科・学部は、大学院重点化大学としての国立大学法人東京大学のacademic schoolとしてacademic programとprofessional program共に最高水準の教育研究を追究し、冒頭に掲げた本研究
科・学部の使命の達成を目指す。

◇大学院教育学部卒業者の大部分は、大学院薬学系研究科修士課程に進学を希望する。入学試験は、本学他学部、他大学からの受験者を含めて厳正に実施される。本学部学生に一切の特典はない。博士後期課程は修士課程の約半数が進学しており、また、例年他大学からの学生も入学してきている。現在、本研究科に在籍する大学院学生は修士課程と博士後期課程を合わせると学部学生の約２倍に達し、名実ともに大学院に重点が移っているといえる。博士、修士両課程とも最終年次に厳しい部内公開による研究業
績発表会及び論文審査会が行われるが、ほぼ全員が学位を取得している。昼夜を問わず、また休日返上で研究に没頭する学生が多く、狭隘な環境の中、防災や健康管理の面で多くの問題を抱えていたが、平成16年（2004）３月末に竣工した新総合研究棟（第Ⅰ期工事，7,500平米）に加え、平成18年（2006）
春には第Ⅱ期工事分（4,000平米）が竣工し、施設・設備面では大幅に改善された。

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大学院教育のさらなる充実のため、博士課程学生に対するResearch Assistantとしての採用や、博士課程教育リーディングプログラムなどにより支援を行っている。平成18年（2006）４月の学校教育法・薬剤師法改正により、本研究科修士課程（入学定員100人）は、平成22年（2010）４月に従来の４専攻（分子薬学、機能薬学、生命薬学、統合薬学）を廃止し、「薬科学専攻」を設置した。平成24年（2012）４月には、我が国のアカデミア・創薬産業の育成や高度医療・医薬行政の推進を図るため、本研究科博士課程（博士後期課程50人）は、従来の４専攻を廃止し「薬科学専攻」を設置するとともに、６年制薬学科を基礎とする、臨床的な研究課題を追求する高度な専門性と優れた能力を有する先導的薬剤師の養成と創薬科学研究のニーズにも応え得る４年制博士課程の「薬学専攻」（入学定員10人）を新設した。
「薬学科履修プログラム」（１学年８人以内）は、本学教養学部に平成18～29年度（2006～2017）に入学し、薬学部薬科学科（４年制）を卒業し、修士課程を経て、本研究科博士後期課程に進学した者に対して、薬剤師国家試験受験資格を与えるために開設され、平成29年度（2017）現在では、11人がこのプログラムを履修している。
４年制博士課程（薬学博士課程）では、本研究科独自のカリキュラムとして、研究室と研究科内外の関連施設が連携し、各現場において社会のニーズに応え得る実践的な方法論と問題意識・主体性を習得することを目的とした「医療薬学実践研究」、「社会薬学実践研究」及び「創薬学実践研究」を当該課程学生向けの授業科目として開講している。

◇研究活動
本研究科・学部の教員は極めて広範な基礎研究分野において、それぞれ活発な研究活動を展開し、多数の学術論文を発表し、国際的にも高い評価をうけている。国の内外からの研究者の訪問も多く、国際交流も活発に行っている。多くの文化勲章、学士院賞受賞者などを輩出した本学部の伝統は健在で、現在も多くの教員が国内外の数々の賞を受けている。
本研究科・学部は、教授・准教授・助教・大学院学生・学部卒研生・研究生からなる完全な小講座
研究体制（１教室構成員：平均20～35名）をとっている。共同研究者としてそれぞれの役割と評価が正しく行われるよう配慮され、それが研究の活性化の大きい原動力になっている。
平成14年度（2002）に公募された文部科学省の21世紀COEプログラム・生命科学分野において、本研究科の「戦略的基礎創薬科学」プロジェクトが採択された。杉山雄一教授をプロジェクトリーダーとし、薬学系研究科の教員及び分子細胞生物研究所の一部の教員の参加により実施され、学問としての「創薬科学」を創成するための拠点形成を目的とした本プログラムは、中間評価において最高ラン
クの評価を受けた。さらに、21世紀COEプログラムを充実・発展させ、国際的に卓越した教育研究拠点の形成を図る目的で実施された後継の「グローバルCOEプログラム」には、平成20〜24年度（2008～2012）に「疾患のケミカルバイオロジー教育研究拠点―メディカルサイエンスの未来を創造する医薬融合」、「学融合に基づく医療システムイノベーション」、「次世代型生命・医療倫理の教育研究拠点
創成－学際的・国際的ネットワークの構築－」の３プログラムに本研究科の教員が参加した。さらに
これらの３プログラムを統合した「ライフイノベーションを先導するリーダー養成プログラム」が、文部科学省の博士課程教育リーディングプログラムに平成23年度（2011）に採択され、ライフサイエ
ンス分野の将来を担う人材育成を行っている。平成21〜24年度（2009～2012）には、日本学術振興会（JSPS）の組織的な若手研究者等海外派遣プログラム事業への参画を通じて、若手研究者の人材育

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成、教職員の国際化再教育を推進した。また、平成26年度（2014）より「東京大学スーパーグローバル大学創成支援「戦略的パートナーシップ構築プロジェクト」への参加を通じて、大学院学生の海外派遣及び海外研究者の招へいを行い、教育の国際化を推進している。

◇社会との連携
本研究科・学部の教員は、文部科学省、厚生労働省、農林水産省などの各種委員、また関連する諸学会の会長、理事、評議員、各種委員、研究助成・推進諸団体などの役員等々に就任している者が多く、わが国の行政、文化各方面での貢献には著しいものがある。これら大学と社会との深い関わりを通じ、大学の運営、研究・教育の実践のなかに貴重な体験が反映されている。
次世代を担う若者に薬学の実態を知って貰うため、高校生と父兄や高校教師を対象とした「高校生のための薬学講座」を開催していたが、平成14年度（2002）以降は、東京大学オープンキャンパスの一環として研究室見学を開催している。学部長の挨拶の後、薬学の現状と未来及び東京大学大学院薬学系研究科・薬学部の説明があり、引き続き、グループに分かれて研究室を見学し、各教室の教員よ
り最先端の薬学研究の説明を受けている。参加者は皆熱心に講演・説明に聞き入っており、また研究に対する鋭い質問もある。参加者から寄せられた感想によれば、毎回非常に好評である。
前記した教員の学外での貢献に加え、本研究科・学部では多数の学外からの研究員を受け入れている。現在、企業等からの約20名の受託研究員、研究生が研究を行っている。研究員は約２年の研鑚を積んで学位（博士）を取得するケースが多い。一方非常勤講師として産・官・学から本研究科・学部の教育に参画している方々は現在80名余りにのぼり、開かれた学部、大学院としてすでに実績を上げているといえる。外国人研究者を招待し公開講演会を行うことも多い。
本研究科・学部はウェブサイト（http://www.f.u-tokyo.ac.jp/）を開設し、薬学部・大学院薬学系
研究科の活動に関するup-to-dateな情報を提供している。薬学部に興味のある高校生、本学教養学部の学生、薬学系研究科に関心のある他学部、他大学の方々、さらには薬学系研究科の各教室でどのような研究が展開されているか詳しい情報が欲しい専門家やＯＢ諸氏に利用されている。また、毎年11月に開催される東京大学ホームカミングデイにあわせて、薬友会総会が開催されている。

◇産業界との連携
平成16年度（2004）に国の機関から国立大学法人へと移行したことに伴い、東京大学は法人格を有することとなり、知的所有権を保持できるようになった。法人化後の東京大学は、産学連携の推進及び関連する諸問題を検討・解決するための産学連携本部を設立し、そのための建物産学連携プラザが竣工し専任教員の配置も行われた。
本研究科・学部においてもこれに呼応して、薬学部産学推進委員会（委員長=木村廣道「ファーマコビジネス・イノべーション（PBI）寄付講座」教授）を設置した。本委員会は、東京大学産学連携推進室の活動に大きく貢献しており、また、薬学部と医学部附属病院の産学連携活動の連携に中心的役割を果たしている。ベンチャービジネスの創出もencourageしているところであり、平成14年（2002）には「薬学分野における研究成果の特許化・事業化の考え方と実際」シンポジウムを開催した。本シンポジウムの内容は、「産学連携の新しい流れ－創薬から臨床試験まで－」と題する書籍（エルゼビ
ア・サイエンス社、平成14年（2002）12月刊行）に収められている。

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実際に起業に踏み切った教授も出始めている。東京大学薬学部は、PBI寄付講座を中心として、起業を支援する方策を具体的に整備しつつある。また、相当数の教授が企業のコンサルタントを務めている。
産学連携を推進し、「創薬基礎科学」を創成するためには、主要な製薬企業との共同研究が必須である。このため、企業の研究者を連携客員講座（創薬科学）客員教員として招へいすることとし、そのための概算要求を行っていたところであるが、平成15年度（2003）に教授２名、助教授１名が認められ、博士課程学生定員２名の増員が認められた。
「新総合研究棟（Ⅱ期）」の竣工、及び、「既設老朽建物の改修」後には研究室スペースにある程度の余裕が生じることから、これら連携客員講座客員教員と本研究科・学部の教員との間で共同研究室をもつ計画を進めてきたが、新棟Ⅱ期の竣工を待たずに、塩野義製薬株式会社と本学桐野教授との共同研究を遂行する産学連携共同研究室が本館内の空きスペースを利用して開設された。産学連携共同
研究室は、平成18年度（2006）には山之内製薬（現アステラス製薬）、エーザイ、コーセーを加え、計４研究室が稼働した。また、これらの共同研究は、基礎的・探索的研究に限らず、創薬研究の下流部分（開発関連）の研究領域においても進められた。このため、「医薬経済学寄付講座」（日本製薬工業協会の寄附による）、及び「PBI寄付講座」に加えて、「医薬品評価科学講座（Pharmaceutical
Regulatory Science）講座」等、dry laboratoriesをさらに充実させることとしている。平成16年（2004）
10月に開設された「医薬品情報学寄付講座」（平成27年（2015）に「育薬学寄付講座」に名称変更）
や平成18年（2006）４月に開設された「医薬政策学（東和薬品）寄付講座」もその一環である。
「医薬品評価科学講座」については、平成15年度（2003）に国に対して設置の要求（平成16年度（2004）
概算要求）を行ったが、平成16年度（2004）からの法人化による制度の変更により、必ずしも明確な結果が得られなかった。しかしながら、東京大学総長の裁量により、平成16年度（2004）から「医薬品評価科学講座」として設置された。このような速やかな決定が可能となったことは、法人化のメリットの一つと言えよう。

◇外国人留学生・国際交流
現在、薬学系研究科・薬学部の外国人留学生（学部学生、大学院学生、博士研究員）は60名を超えており、毎年増加傾向にある。アジア諸国からの留学生が多いが、中近東やアフリカ、ヨーロッパ諸国、北米や中南米からの留学生や博士研究員も増えつつある。学部学生は、平成14年（2002）に初めて国費留学生１名が進学して以来、ほぼ毎年１名－２名の国費・私費の学部留学生が在籍していたが、最近では２名から３名の学部留学生が在籍している。
大学院学生の場合、真面目に努力し、学位を取得、国費留学生の場合は帰国して母国でのアカデミ
アで職を得るものが多いが、私費留学生は日本で就職するものが増えている。学部学生は、大学院に進学するものがほとんどである。奨学金の不足、大学の留学生宿舎の不足により、生活面で種々の困難はあるが、小さい部局のメリットを生かし、国際交流室が一貫した、きめ細かな個別サポートで対応している。
所属する研究室や国際交流室と在籍する留学生・博士研究員との関係は緊密で、危機管理についても問題がない。また、留学生・博士研究員のほとんどは、日本語や日本文化に対する興味も深く、
国際交流室の運営する薬学部日本語教室や企画する日本文化体験、見学旅行などに参加するものが多

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い。
在学生の海外「留学」は、大学の国際化推進に伴って、学部学生、大学院学生ともに関心が高まっている。Core-to-Core Program ナノバイオ国際共同研究教育拠点のグローバルカリキュラムの一環として海外サマーインターンシップ（派遣）プログラムに、平成28年（2016）は薬学系の大学院博士課程学生３名（日本人１名・留学生２名）が参加し、約２か月間の短期留学を行った。また、ライフ
イノベーション・リーディング大学院「ライフイノベーションを先導するリーダー養成プログラム（GPLLI）」の学外実習の一環として、海外サマーインターンシップ（派遣）プログラムに大学院学生
10名（日本人修士課程学生５名・日本人博士課程学生５名）が短期留学を行った。さらに、臨床発実用化マネジメント人材養成拠点「東京大学医療イノベーションイニシアティブ」のコースの一環として、２名の日本人修士課程学生が海外の企業や研究機関でのインターンシップを行った。
学部学生についても、平成25年（2013）から東京大学奨学金付き夏期短期プログラムなどに応募する学生が着実に増えている。平成27（2015）年には、全学交換プログラムで、初めて、２名の学部学
生が英国・米国の大学に１年間留学した。また、理系分野における女子学生の活躍推進を目的とした米国Johnson & Johnson社からの寄付に基づき、薬学部が幹事部局として、海外短期研修プログラ
ム“Rikejo” Initiativeを立ち上げ、東大理系６学部の女子学生14名（内１名が留学生）が、米国
Johnson & Johnson本社・研究施設、及びスタンフォード大学において平成29年（2017）２月に２週間の研修を行った。
上記のように博士課程学生や学部学生に対する組織的な海外派遣が充実してきた一方で、今までできなかった修士課程学生ならびに若手研究者の海外派遣、特に修士課程学生の国際学会発表や若手研究者の中長期的派遣による共同研究等が、JSPS の組織的な若手研究者等派遣事業（平成 22 年（2010）３月～平成 25 年（2013）２月）により実現した。また、平成 26 年度（2014）後期に採択された、文部科学省のスーパーグローバル大学創成支援に係る戦略的パートナーシップ構築プロジェクトでは、薬学系研究科が英国ケンブリッジ大学プロジェクトの学内責任部局となり、平成 27 年（2015）11 月にケンブリッジ大学で開催された第１回 Strategic Partnership UTokyo-Cambridge Joint Science
Workshop に薬学系研究科の修士課程、博士課程の学生が参加した。さらに、平成 29 年（2017）１
月に箱根で開催された第２回 Strategic Partnership UTokyo-Cambridge Joint Science Workshopにはケンブリッジ大学 Cambridge Institute for Medical Research(CIMR)の PI を招へいし、薬学系の若手教員と修士課程、博士課程の学生も多数参加した。
また、海外サマーインターンシップ（受入れ）については、Core-to-Core Program ナノバイオ国
際共同研究教育拠点による受入れに限らず、特に欧米の大学から学部学生、大学院修士・博士課程学
生のインターンシップ生が急増している。また、Amgen Scholarship Programによる２か月間の学部
サマーインターンシップ生の受入れも毎年継続している。士課程学生に対する組織的な海で、現在において国際交流の面では、遡って、平成25年（2013）４月に、韓国成均館大学薬学部との部局間学術交流協定を締結した。両国の医薬品開発環境、レギュレーションについて、双方が教育研究面で認識を共有し、国際感覚を強化することが期待される。さらに、同年10月にスウェーデン・イエテボリ
大学サールグレンスカ・アカデミーとの部局間学術交流協定（平成20年（2008）10月締結）を更新した。協定締結以来、毎年１名のサールグレンスカ・アカデミー大学院学生の受入れが継続している。

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平成26年（2014）１月には、大学院学生特に博士課程学生の交流を目的として、ボン大学リサーチ
トレーニンググループ1873とも部局間学術交流協定を締結した。また、平成26年（2014）５月に担当部局として、米国・テキサス大学M.D.アンダーソン癌センターとの大学間学術交流協定（平成21年（2009）５月締結）を更新した。テキサス大学M.D.アンダーソン癌センターとの交流は博士課程大学院学生の相互派遣を行うことが中心的な活動であり、双方で高い評価が定着している。さらに、
平成26年（2014）８月に担当部局として、オランダ・ライデン大学との大学間学術交流協定（平成21年（2009）８月締結）を更新した。
平成27年（2015）４月には、担当部局としてタイ・チュラロンコン大学との大学間学術交流協定（昭和60年（1985）２月締結）を更新した。大学間協定は、大学全体としての組織が主導できる国
際交流として基盤的役割を担うものであるが、本研究科とチュラロンコン大学とは長年に亘るJSPSの拠点大学方式による交流の経緯があり、チュラロンコン大学の研究者側に本研究科との交流に対する期待が大きい。
平成29年（2017）２月には、中国・瀋陽薬科大学との部局間学術交流協定（平成９年（1997）２月
締結）を更新した。協定締結以来、学生交流、特に瀋陽薬科大学の大学院学生の受入れが恒常的に継続している。

◇研究費
平成16年（2004）４月より、国立大学は法人化して新たなスタートをきった。これに伴い、文部科学省から国立大学運営のために配分される予算は、使途自由な運営費交付金に統一された。これは研究科・学部運営の基盤をなすものであるが、光熱水費に消費される額も大きく、研究費に十分に充当することが難しい状況である。そこで、研究者が科学研究費補助金を初めとする競争的資金を獲得することにより、多様で独創的な研究開発に継続的・発展的に取り組めている。
（財務状況は
P14～16参照）
このように、各教員は優れた業績を背景にこれら研究費の獲得に努力し、教員一人当たりの獲得額
は本学の中でもきわめて高いと考えられるが、研究の高度化、多様化は益々研究費の大型化を必要としている。
平成27年度（2015）の主な大型研究費獲得は、科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業（ＥＲＡＴО）１件、281,400千円となっている。

◇施設・設備本研究科・学部は、これまで年次的に増改築を繰り返してきたので、建物は新旧継ぎ接ぎで機能性に著しく欠ける部分が多く、研究室は狭隘で、通路にまで実験装置が所狭しと並べられている状況にあった。また、既存建物の多くは、耐震基準の低かった昭和42年（1967）以前に建築されており、老朽建築物がかなりの部分を占めた。このような状況の中で、平成８年（1996）11月にオープンした薬学図書館（三共株式会社の寄付による）は、教員・学生にとって唯一のオアシスのような施設となった。充実した図書閲覧室に加えて、情報端末室やラウンジをも備えており、教員・学生に研究・教育活動の為の快適な空間を提供している。平成14年（2002）６月には、寄付講座のための教育研究棟（２階建て、延べ床面積263平米）が竣工したが、焼け石に水であり、狭隘化の状況が長く続いた。

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幸いなことに、平成13年度（2001）第二次補正予算で、薬学系総合研究棟（延べ床面積約7,500平
米、NMR研究室を含む）の新営（第Ⅰ期工事）が進められた。平成14年（2002）８月より埋蔵文化財調査が始められ、平成15年（2003）には建築のための基礎工事が開始され、平成16年（2004）３月に竣工し、８月までには９研究室及びNMR研究室の移転が完了した。それに引き続いて、民間企業からの寄附金）による第Ⅱ期工事（延べ床面積約4,000平米）が進められていたが、平成18年（2006）
春に、併せて11,500平米の、地下１階、地上10階建て新館がバス通り沿いに完成した。さらにこの新営第Ⅱ期工事と同時に、平成16年度（2004）の概算要求事項で耐震補強を兼ねた大規模な改修第Ⅰ期工事（旧館東側の延べ床面積約2,000平米）も完了した。
また、平成22年（2010）３月に先端創薬棟が竣工した。（エーザイ株式会社の寄付による）こうした数年間の建物新営・改修工事の進展によって、研究室の狭隘化は少しずつ解消されており、現在の建物延べ床面積は、寄付講座教育研究棟が竣工した平成14年（2002）時点の約16,000平
米から、約27,000平米に達している。また、平成19年（2007）前半に改修第Ⅱ期工事（本館北側の延べ床面積約2,900平米）が完了したことに伴い、西館１階の旧事務室エリアに新たに西講義室が設置されたほか、研究活動の一部を研究科の外で強いられてきたファーマコビジネス・イノベーション寄付講座、医薬品情報学寄付講座、医薬品評価科学などの研究室が、全て研究科内に収容されることとなった。また平成20年（2008）には、手狭であった南館１階の第一、第二講義室を改修し、新たに南講義室を開設、学生の利便を図ると同時にＳ１セミナー室を設置した。
研究設備は教員の努力によって、主として競争的研究資金により、各種先端機器類が設置され、研究の進展に大きく貢献している。各種先端機器の集約管理を目指し、平成25年（2013）に「共同利用機器運営委員会」を設置し、共用機器の運営について議論をすすめ、産業界を含む外部研究者へ共用機器の利用機会を提案する「最先端創薬基盤のワンストップ共用による産学連携創薬推進事業」を立案し、文部科学省「先端研究基盤共用・プラットフォーム形成事業」に採択された。同年8月よりワンストップ創薬共用ファシリティセンターとして発足した。
また、本研究科の付属施設として、検見川キャンパスに薬用植物園があるが、これは薬学関係学部
設置基準要項に定められた必須の施設である。遠隔地にあるために、教育施設としての機能にはやや難点があるが、研究施設として今後一層活用していく方針である。なお、新営された薬学系総合研究棟の講堂の屋上約100㎡は、薬用植物園の一部として整備された。

－12－－ 12 －

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3．現
◇組

勢
織（平成28年12月31日現在）
薬 科 学 専 攻

有機薬科学講座

薬化学
有機反応化学
有機合成化学
天然物化学
基礎有機化学

大学院薬学系研究科

薬用植物化学（薬用植物園）
物理薬科学講座

生体分析化学
生命物理化学

生物薬科学講座

衛生化学
生理化学
分子生物学
遺伝学
細胞情報学
蛋白質代謝学
細胞生物化学（協力講座）（医科研）

薬 学 専 攻創薬学講座

薬品代謝化学
蛋白構造生物学
微生物薬品化学
生体化学（協力講座）（分生研）

医療薬学講座分子薬物動態学
薬品作用学
機能病態学
臨床薬物動態学（協力講座）（病院）

社会薬学講座医薬品評価科学

寄 付 講 座ファーマコビジネス・イノベーション

附属薬用植物園
薬学

部

薬 科 学 科
薬 学 科

育薬学
医薬政策学
疾患細胞生物学
革新創薬化学
産学連携共同研究室（塩野義）
医療薬学教育センター（部内措置）
ワンストップ創薬共用ファシリティセンター（部内措置）

国際交流室
事

務

庶務チーム

部

教務チーム（学部・大学院）
会計チーム（経理・研究協力）
執行チーム
図書チーム

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目次へ◇財政（平成23年度～27年度決算額）（単位：千円）事項人 件 費 （Ａ)
運営費交付金
施設整備費
外 部 資 金計（Ａ）＋（Ｂ）

物件費（B)
合

平成23年度
823,842

平成24年度
781,087

平成25年度
765,449

平成26年度789,831

平成27年度
809,788

298,09702,992,329
4,114,268

306,76402,701,870
3,789,721

321,08702,664,836
3,751,372

408,31802,549,695
3,747,844

385,3120
3,008,732
4,203,832〔外部資金の内訳〕
・受託研究費（単位：千円）

事
受

託

項
研

究

平成23年度
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
費
9
63,291
11 31,029
5 240,441
4 187,085
7 116,130

・受託研究員費事
受

託（単位：千円）

項

研

究

員

平成23年度
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
費
3
1,624
10
4,870
13
5,953
10
5,568
9
4,454

・共同研究経費
事
共同（単位：千円）

項

研

究

経

平成23年度
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
費
58 164,587
55 148,200
50 179,432
64 133,185
61
80,562

・寄附金（単位：千円）事
寄項
附

平成23年度
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
金
77 206,838
77 211,874
73 228,198
68 142,897 112 295,740(競争的資金の内訳)
・文部科学省科学研究費補助金の獲得状況

特別推進研究新学術領域研究
特定領域研究基盤研究（Ｓ）
基盤研究（Ａ）
基盤研究（Ｂ）
基盤研究（Ｃ）
挑戦的萌芽研究特別研究員奨励費
若手研究（Ｓ）
若手研究（Ａ）
若手研究（Ｂ）
若手研究ｽﾀｰﾄｱｯﾌﾟ
合計（単位：千円）

平成23年度
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
件数
金額
2 152,200
2 138,000
1
83,6001
81,38022 208,800
23 164,700
23 194,200
33 252,031
22 185,341
2
5,000
4 131,900
5 205,300
6 198,700
6 242,190
8 387,530
566,8002
18,100330,3003
34,7105
68,12010
45,10010
41,900943,30011
64,09011
56,160
67,400
810,40013
19,10020
37,96025
36,92010
14,70016
25,80016
22,60018
35,62017
32,11089
63,70085
66,30079
75,20084
89,87092
97,0101
18,0003
22,5006
34,2008
52,186
7
59,4107
49,53019
32,70021
32,70010
15,10011
22,620915,730
3
3,660
2
2,300
2
2,200
6
8,190
4
5,330
176 772,460 180 739,700 170 736,486 200 928,071 200 933,781

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14 －

目次へ

・文部科学省科学研究費補助金以外の競争的研究資金獲得状況
担当機関
文部科学省

競争的資金名称
科学技術振興費（ターゲット・タンパク）(単位：千円）

平成23年度

平成24年度

平成25年度

平成26年度

平成27年度

件

金額

件

金額

件

金額

件

金額

件

金額

3

28,900 -

-

-

-

-

-

-

-

文部科学省

大学における医療人養成推進等委託事業

15,000 -

-

-

-

-

-

-

-

文部科学省

科学技術試験研究
委託事業

-

-

-

-

-

1

39,600

-

-

文部科学省

研究開発施設供用等促進費補助金

1609,000 1

540,500

2

505,3402

502,140

1

37,556

文部科学省

先進的医療イノベーシ
ョン人材養成事業

-

-

-

1

24,395

1

55,1001

50,400

日本学術振興会

二国間交流事業1

2,500 1

2,500

1

1,125

2

4,100

2

2,250

4

207,560 3

98,1903

96,673 -

-

-

-

-

-

先端研究助成基金助成

日本学術振興会

金（最先端・次世代研究
開発支援プログラム）

科学技術振興機構

戦略的基礎研究推進事業（ＣＲＥＳＴ)

4

166,010 5

108,1177

316,7128

231,5173

50,440

科学技術振興機構

若手個人研究推進
事業（さきがけ）3

57,195 376,310670,2005

71,071

5

63,221

科学技術振興機構

先端計測分析新技
術・機器開発事業

2

35,113 2

53,1702

40,8201

19,4101

32,500

戦略的創造研究推
科学技術振興機構 進事業（A-STEP）

1

1,700 14,097

3

11,345

1

9,295 -

戦略的創造研究推
科学技術振興機構 進事業（ERATO）

2

277,530 1

377,2201

263,8041

283,200

1

281,400

科学技術振興機構 先導的物質変換領域

-

-

1

11,7001

11,050

1

8,450

-

-

日本医療研究開発 医療研究開発推進
機構
事業費補助金

-

-

-

-

-

-

-

1

706,839

日本医療研究開発 戦略的創造研究推進
事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

-

6

269,230

日本医療研究開発 国家課題対応型研究開発推進事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

-

1

41,600

日本医療研究開発
ズ戦略的育成プログラ 機構

-

-

-

-

-

-

-

4

46,200

日本医療研究開発 創薬支援推進事業・創薬総合支援事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

1

11,405-

次世代がん研究シー
ム

－13－
－
15 －

目次へ

日本医療研究開発 医薬品等規制調和・評
価研究事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

1

3,500

日本医療研究開発 創薬基盤推進研究事
業
機構

-

-

-

-

-

-

-

-

2

32,575

日本医療研究開発 難治性疾患実用化研
究事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

-

1

20,300

日本医療研究開発 革新的がん医療実用
化研究事業
機構

-

-

-

-

-

-

-

-

1

2,500

49,16412

30,439922,853922,500

3

2,800

厚生労働省

厚生科学研究費補
助金・委託費13
保険医療分野における基礎研究推進事業

3

143,457 1

74,998 -

-

-

-

-

-

農業・食品産業技術 ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ創出基礎的研究推進事業
総合研究機構1

10,250 1

22,500 1

25,2201

23,000

-

-

-

-

-

-

-

1

8,450

1

9,100

1

7,300 -

1,398,637 34

1,276,683 36

医薬基盤研究所

農林水産省

農林水産業・食品産業
科学技術研究推進事 業

-

農林水産省

カイコによるヒト・動物用医薬品の開発委

1

13,000 1

10,40040

1,606,379 33

1,410,141 38

合

計

-

－14－
－
16 －

-

1,663,166

目次へ◇ 施 設 面 積 （平成28年12月31日現在）
区

分

本

館

教育研究棟

資料館

薬品倉庫

先端創薬棟 総合研究棟

計

建 面 積

3,206

134

361

133

113

1,390

5,337

延床面積

13,787

260

1,263

133

337

11,453

27,233

薬用植物園
建面積

515

土地面積

6,123

◇ 講座数及び附属施設 （平成28年12月31日現在）
講

座等

附属施設（千葉市）

２専攻、６大講座（27教室）

１◇ 蔵書冊数及び所蔵雑誌種数 （平成28年5月1日現在）
蔵
和書

11,959

◇ 職
教

員

11

冊

洋

書

計

和

45,235

蔵

書

378

雑

誌

洋

書

種

数
計

464

842

計 事務職員 技術職員 小

計 合

数 （平成28年12月1日現在）
師助9

特定有期雇用教職員

34

所

数

33,276

授 准教授 講19

書教 特任教授 特任准教授 特任構師 特任助教 小

30

1

5

2

12

89

19

1

20

109

（特定）短時間勤務
有期雇用教職員

73

－15－
－
17 －

計

目次へ

最近５年間

学生数（５月１日現在）( 女子内数 )

学部

修士
課程

博士
後期
課程

薬学
博士
課程

[ 留学生内数 ]
平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度
平成28年度
定 員
80
80
80
80
80
３ 年
現 員
89 (27) [2］ 85 (17) [3］ 83 (17) [3] 83 (18) [3] 90 (19)［2］
定 員
72
72
72
72
72
薬科学科
(平20～)
現 員
84 (21) [5] 79 (19) [2] 78 (16) [3] 76 (16) [3] 77 (15) [1]
４年
定 員
8
8
8
8
8
現 員
8 (3) [1] 10 (8)
8 (3)
7 (2)
10 (6)
定 員
8
8
8
8
8
薬学科
５年
現 員
8 (2)
8 (3) [1] 10 (8)
8 (3)
4 (2)
定 員
8
8
8
8
8
６年
現 員
7 (2)
8 (2)
8 (3) [1] 10 (8)7 (2)定 員 176
176
176
176
176
計
現 員 196 (55) [8] 190 (49) [6] 187 (47) [7] 184 (47) [6] 188 (44) [3]
定 員 100
100
100
100
100
募集人員 100
100
100
100
100
１ 年
現 員 101 (25) [4] 96 (21) [4] 93 (21) [2] 99 (20) [5] 87 (18) [5]
定 員 100
100
100
100
100
２ 年
募集人員 100
100
100
100
100
現 員
94 (20) [2] 111 (29) [8] 107 (27) [11] 101 (26) [8] 108 (26) [11]
定 員 200
200
200
200
200
計
募集人員 200
200
200
200
200
現 員 195 (45) [6] 207 (50) [12] 200 (48) [13] 200 (46) [13] 195 (44) [15]
定 員
43
50
50
50
50
募集人員 43
50
50
50
50
１ 年
現 員
51 (13) [2] 39 (4) [2] 51 (7) [1] 55 (8) [2] 43 (8) [2]
定 員
43
43
50
50
50
２ 年
募集人員 43
43
50
50
50
現 員
61 (15) [8] 57 (15) [6] 41 (5) [4] 57 (8) [8] 59 (11) [6]
定 員
43
43
43
50
50
３ 年
募集人員 56
43
43
50
50
現 員
78 (18) [8] 73 (15) [8] 66 (17) [10] 53 (8) [8] 65 (13) [9]
定 員 129
136
143
150
150
計
募集人員 142
136
143
150
150
現 員 190 (46) [18] 169 (34) [16] 158 (29) [15] 165 (24) [18] 167 (32) [17]
定 員
10
10
10
10
10
募集人員 10
10
10
10
10
１年
現 員
5 (2) [1] 4
0 [0] 20 [0] 5 (2)
3 (2)
定 員
10
10
10
10
２年
募集人員
10
10
10
10
現 員
5 (2) [1] 4
0 [0] 2
0
5 (2)
定 員
10
10
10
３年
募集人員
10
10
10
現 員
4 (2) [1] 3
0
3
0
定 員
10
10
４年
募集人員
10
10
現 員
4 (2) [1] 5
0
定 員
10
20
30
40
40
計
募集人員 10
20
30
40
40
現 員
4 (2) [1] 9 (2) [1] 10 (2) [1] 14 (4) [1] 16 (4)526526
定 員 505532
519
合計
現 員 581 (146) [32] 575 (135) [35] 555 (126) [29] 563 (121) [29] 566 (124) [33]
研 究 生
聴 講 生
研 究 生
大学院
外国人研究生
学

研究生等

部

2
1
3
8

(1)
(6)

2
0
3
5

(1)

(1)

－ 18 －

2
0
2
1

(1)

1
1
3
6

(1)
(1)
(4)

1
1
3
6

(1)
(1)
(1)
(2)

目次へ

最近５年間教室

薬教室配属者数 （学部新４年生）

名

平成24年度 平成25年度 平成26年度 平成27年度 平成28年度

化

学

1

1 (1)

1

有

機

反

応

化

学

5

4 (1)

2 (1)

5

5

有

機

合

成

化

学

5 (2)

5

5

5

5 (1)

天

然

化

学

3

学

3

3

2 (1)

2

2

天

物

合

然

成

物

化

基

礎

有

機

化

学

5 (1)

4 (1)

5 (1)

4 (1)

6 (4)

薬

品

代

謝

化

学

3

5

4 (1)

6 (1)

5 (1)

生

体

分

析

化

学

5 (4)

5

5 (1)

3 (2)

5

生

命

物

理

化

学

4 (1)

2 (1)

5 (2)

3

5

蛋

白

物

学

2 (1)

5 (1)

3

3 (1)

4 (1)

構

造

生

衛

生

化

学

3

5

5 (3)

5 (2)

6 (2)

生

理

化

学

5 (1)

3 (2)

2 (1)

4 (1)

3

分子生物学 （平成25年度まで生体異物学）

5 (1)

4 (2)

5

5 (2)

5 (2)

遺

学

5 (1)

5 (1)

5

5

5 (2)

学

5 (2)

5

5 (2)

5

5 (3)

謝

学

5

5 (2)

5

5

3

伝

細

胞

情

蛋

白

微

生

物

薬

品

化

学

2

2 (1)

2

2

2 (1)

分

子

薬

物

動

態

学

5 (3)

2 (1)

5

5 (2)

4

学

4 (3)

5

4 (1)

5 (3)

5 (1)

機能病態学（平成 26 年度まで臨床薬学）

5 (2)

5 (2)

5 (1)

5 (1)

5 (1)

臨

床

分

子

解

析

学

2

医

薬

品

評

価

科

学

1 (1)

1

2 (1)

0

物

園

1

2

1

1

薬

質

報

品

代

作

附 属 施 設薬連携客員講座

創

用

用

植

薬

科

1
1

学

アステラス創薬理論科学
寄 付 講 座

学
医

学

部
部

学

部
合

育
薬
学
（平成26年度まで医薬品情報学）

3 (2)

2 (1)

2 (1)

医

1 (1)

2 (1)

1 (1)

1

3 (1)

88 (26)80 (18)81 (17)81 (17)87 (21)

1 (1)

5

2 (1)

6 (2)

0

1 (1)

5

2 (1)

6 (2)

0

89 (27)85 (18)83 (18)87 (19)87 (21)

内

薬

政

小

策

学

計

附 属 病 院 薬 剤 部
外

小
計

計

2 (1)

※（

－ 19
19 －
－
－

）は女子で内数

目次へ最近４年間事

項卒
業者
進 入 学 等
東京大学薬学系研究科修士課程
東京大学薬学系研究科薬学博士課程
東京大学総合文化研究科修士課程
東京大学理学系研究科修士課程
東京大学工学系研究科修士課程
東京大学医学系研究科修士課程
東京大学新領域創成科学研究科修士課程
東京大学情報理工学系研究科修士課程
東京大学公共政策教育部専門職学位課程
筑波大学生命環境科学研究科修士課程
京都大学医学系研究科修士課程
大阪大学医学部
神戸大学大学医学部学士入学
トロント大学
マカオ大学大学院
マギル大学大学院
東京大学薬学部薬学科学士入学
筑波大学医学群学士入学
東京医科歯科大学医学部学士入学
東京医科歯科大学医学部編入学
千葉大学医学部学士入学
岡山大学医学部学士入学
九州大学医学部学士入学
航空大学校
東京大学薬学部研究生
東京大学医学部附属病院 薬剤部研修生
その他
就職
アステラス製薬㈱伊藤忠商事㈱大正製薬㈱中外製薬㈱協和発酵キリン㈱生化学工業㈱東レ㈱公立昭和病院
東京大学附属病院
聖路加国際病院㈱アインホールディングス
ウエルシア薬局
浜松医科大学
厚生労働省
外務省
特許庁
愛知県庁
アビームコンサルテイング
Ａ．Ｔ．カーニー
クインタイルズ・トランスナショナル・ジャパン㈱グローバルテクノロジーサービス㈱㈱シーエーシー㈱メディックメディア
森永乳業㈱
㈱電通
読売新聞社
日特建設㈱
日本経営システム㈱野村證券㈱バイエル薬品㈱三菱東京 UFJ 銀行
その他

学部卒業者進路状況

平成24年度
平成25年度
平成26年度
平成27年度薬科学科 薬学科 薬科学科 薬学科 薬科学科 薬学科 薬科学科 薬学科
78 (18) 8 (2) 76 (15) 8 (3) 72 (15) 10 (8) 81 (17) 8 (3)75 (17) 3 (1) 74 (15) 1
71 (15) 4 (3) 77 (15) 1
63 (14) 1
71 (14)66 (15)74 (13)
1
2 (1)
1
1
1
3 (1)
1
3
1
1
1

1

1
1

(1)

1

(1)

4

(2)

1
1
1
1

(1)

1

1

(1)

1

(1)

6

(5)

(1)
1

1

(1)
1

3

(1)

5
1

(1)
(1)
(1)

1
1

7
1

(3)

7
1

(3)
(1)

1
1
1

(1)

1
1

1

(1)

1
1

(1)
(1)

1
1

(1)

1

(1)

1

(1)

1

(1)

1
1
1

(1)

1

(1)

1
1
1
1
1

(1)
1
1

(1)

1

(1)

1
1
1
1
1
1

1
※(

－ 20 －) は女子で内数

目次へ最近５年間
現

職 （勤

務

先

等） 平成24年度 平成25年度 平成26年度 平成27年度 平成28年度

東京大学
工学系研究科
医学系研究科
医学部附属病院
公共政策学連携研究部
分子細胞生物学研究所
アイソトープ総合センター
先端科学技術研究センター
国際本部日本語教育センター
トランスレーショナル・リサーチ・イニシアティブ
北海道大学
旭川医科大学
筑波大学
群馬大学
千葉大学
東京医科歯科大学
東京工業大学
富山大学
山梨大学
浜松医科大学
京都大学
大阪大学
神戸大学
愛媛大学
杏林大学
慶應義塾大学神戸薬科大学
国際医療福祉大学
昭和大学
帝京大学
帝京平成大学東京有明医療大学
東京薬科大学
同志社女子大学
東邦大学
獨協医科大学
武蔵野大学
明治薬科大学
大船中央病院
国立相模原病院
ＪＲ東京総合病院
虎の門病院
銀座７丁目クリニック
銀座肌クリニック

非常勤講師勤務先一覧

2
20
1
1
2

2
20
1
1
2

2

2

3
21
1
1
2

2
25
1
1
1

1
5
24
1
1
1
1

1
1
2
1
1
1

1
1
2
1
1
1

1
1
2
1
1
1

1

1
2

1
2

1
2

2
1
2
1
1
1
2

2

2

2

1

1
1
1

1
1
1

1
1
1
1

1
1

1

1
1
1
1
2
1
1
1
1
1

1
1
1

1
1

1
1
1
1
1

1
1

1
1
1
1
1

1
1
1
2
1
1
1
1

2
1
1
2
1
1
1

1
1
1
1
1
1

1
1

1
1

1
1

1
1

－ 21
21 －
－
－

1
1

1
1

1

1

目次へ

医療法人鉄蕉会
武蔵国分寺公園クリニック
国立医薬品食品衛生研究所
国立環境研究所
国立保健医療科学院
国立研究開発法人理化学研究所
国立研究開発法人 国立成育医療研究センター
独立行政法人国立がん研究センター
東京都医学総合研究所
公益社団法人東京薬剤師会
公益財団法人がん研究会
全国薬害被害者団体連絡協議会
日本製薬工業協会
日本慢性疾患セルフマネジメント協会
旭化成ファーマ㈱アステラス製薬㈱
エーザイ㈱
大塚製薬㈱
㈱経営共創基盤
生化学工業㈱第一三共㈱大日本住友製薬㈱武田薬品工業㈱田辺三菱製薬㈱㈱地域経済活性化支援機構
東レ㈱日本たばこ産業㈱㈱ライフサイエンスマネジメントアソシエイト

1

1

1

1

1

1

1

1

1
2

1
1
1
2

1
1
1
2

1
1

1
1

1
1
1
2
1
1

1
2
2
1
1
1
1
1

1
2
2
1
1
1
1
1

1
1
2

計

2

事

1
1
2
2
1
1
1
1

2
2
1
1
1
1

2
2
1
1
1

1

1

1
1

1
1

1
1
1

1
1
1

77

80

78

1

3
77

論文博士学位授与数一覧

平成23年度

平成24年度

平成25年度

平成26年度

平成27年度

23

18

14

14

18

学

3

2

3

3

3

業）

15

16

10

11

13

研究所等（国公立）

0

0

0

0

0

そ

5

0

1

0

2

授

項

2

1

77

最近５年間

1
1
1
1
1

1
1

その他
合

1
1

1

与

勤

務

者
先

大
研 究 所 （企

の

内

数
訳

他

－ 22 －

目次へ最近５年間
課程 専

攻

薬

科

修士
課程
計

薬

科

博士
後期
課程
計

薬
薬学
博士
課程
計

大学院

入試状況・学生定員充足率

名 区
分 平成 24 年度 平成 25 年度 平成 26 年度 平成 27 年度 平成 28 年度
入 学 定 員
100 人
100 人
100 人
100 人
100 人
志 願 者 数
128 人
128 人
130 人
125 人
128 人
学
入 学 者 数
98 人
93 人
99 人
87 人
97 人
充 足 率
98.00％
93.00％
99.00％
87.00％
97.00％
入 学 定 員
100 人
100 人
100 人
100 人
100 人
志 願 者 数
128 人
128 人
130 人
125 人
128 人
倍
率
128.00％128.00％130.00％125.00％128.00％入 学 者 数
98 人
93 人
99 人
87 人
97 人
充 足 率
98.00％
93.00％
99.00％
87.00％
97.00％
入 学 定 員
50 人
50 人
50 人
50 人
50 人
志 願 者 数
52 人
54 人
70 人
53 人
65 人
学
入 学 者 数
42 人
51 人
55 人
43 人
51 人
充 足 率
84.00％
102.00％110.00％86.00％
102.00％
50 人
50 人
50 人
入 学 定 員50 人
50 人
志 願 者 数
52 人
54 人
70 人
53 人
65 人
倍
率
104.00％108.00％140.00％106.00％130.00％入 学 者 数
42 人
51 人
55 人
43 人
51 人
充 足 率
84.00％
102.00％110.00％86.00％
102.00％入 学 定 員
10 人
10 人
10 人
10 人
10 人
志 願 者 数
9人
6人
8人
8人
8人
学
入 学 者 数
5人
4人
2人
5人
3人
充 足 率
50.00％
40.00％
20.00％
50.00％
30.00％
入 学 定 員
10 人
10 人
10 人
10 人
10 人
志 願 者 数
9人
6人
8人
8人
8人
倍
率
90.00％
60.00％
80.00％
80.00％
80.00％
入 学 者 数
5人
4人
2人
5人
3人
充 足 率
50.00％
40.00％
20.00％
50.00％
30.00％

－ 23
23 －
－
－

目次へ

平成２７年度
事修

了

大学院修了者進路状況 （修士課程）
平成 27 年度
薬科学項者
【専攻別修了者】

94(20）【専攻別人数】東京大学大学院薬学系研究科
東京大学大学院薬学系研究科（研究生）
神戸大学（編入学）
オハイオ州立大学環境健康科学研究科
Graduate School of Material Sciences and Engineering University of Washington
就 職 等【専攻別人数】EY アドバイザリー㈱Mizkan Holdings ㈱Neolpharma Inc.
P&G Japan
PwC コンサルティング合同会社
SG ホールディングス㈱㈱ SUMCO
アイ・エム・エス・ジャパン㈱アステラス製薬㈱アステラス分析化学研究所㈱( 独 ) 医薬品医療機器総合機構
小野薬品工業㈱科学警察研究所
キリン㈱クインタイルズ・トランスナショナル・ジャパン㈱
㈱クニエ
厚生労働省
サントリーホールディングス㈱塩野義製薬㈱㈱ジャストシステム
住友化学㈱田辺三菱製薬㈱中外製薬㈱テバ製薬㈱東京大学大学院薬学系研究科
㈱東洋新薬
日医工㈱
日本アイ・ビー・エム㈱日本化薬㈱日本たばこ産業㈱ノバルティスファーマ㈱野村アセットマネジメント㈱バイエル薬品㈱ファイザー㈱ボストンコンサルティンググループ
三井物産㈱モルガンスタンレーキャピタル㈱横浜市（横浜市役所）
未定

42(10)
39(9)
1
1
1(1)
1

研究・留学等－ 24 －

52(10)
1
1(1)
1
1
1
1
1
1
4
1
2(1)
1(1)
1(1)
1
2
1
1
2(1)
1
1
1
1
5(2)
1
1
1
1
2(1)
1
1
2(1)
1
1
1
1(1)
1
1
1
1
※（

）は女子で内数

目次へ平成２７年度
事大学院修了者進路状況 （博士後期・薬学博士課程）
項【専攻別修了者】

機能薬学
2(1)

平成 27 年度
生命薬学
薬科学
54(10)
2
46(7)

薬学
4(2)

研究・留学等【専攻別人数】
Max-Planck-Institut
University of Notre Dame
University of Texas at Austin
国立がん研究センター研究所
千葉大学
東京大学生産技術研究所
東京大学大学院医学系研究科
東京大学大学院薬学系研究科
東京大学大気海洋研究所( 公財 ) 微生物化学研究所( 国研 ) 理化学研究所
就 職 等【専攻別人数】
アイエムエスジャパン㈱旭化成㈱アステラス製薬㈱アスビオファーマ㈱出光興産㈱イハラケミカル工業㈱( 独 ) 医薬品医療機器総合機構
エーザイ㈱小野薬品工業㈱花王㈱協和発酵キリン㈱㈱ゲノム創薬研究所
塩野義製薬㈱シミックファーマサイエンス㈱第一三共㈱大日本住友製薬㈱大鵬薬品工業㈱武田薬品工業㈱
田辺三菱㈱
中外製薬㈱
帝人㈱
東京大学アイソトープ総合センター
東京大学大学院薬学系研究科
日本たばこ産業㈱ファイザー㈱扶桑化学工業㈱ボストンコンサルティンググループ㈱ユーグレナユーシービージャパン㈱
蘭州大学
未定

2(1)

0

13(4)
1(1)
1
1
1(1)
1
1
1(1)
4(1)

1

1

1(1)
1
1

1
0

2

33(3)
1
1
1
1
1
1
1
3
1(1)
1
1

3(2)

1(1)

1
1
1
1
2
1
1
1
3(1)
1
1(1)
1
1

1(1)

1
1
1
1
1
1
1
※（

－ 25
25 －
－
－

）は女子で内数
目次へ最近５年間

見学･研修訪問学校一覧

平成24年度平成25年度 平成26年◎ 中 学 校
秋田県大館市立第一中学校
群馬県立中央中学校
富山県富山市立八尾中学校
愛知県東海市立名和中学校
愛知県半田市立亀崎中学校
鳥取県国立鳥取大学附属中学校◎ 高 等 学 校
茨城県立土浦第一高等学校
栃木県立栃木高等学校
群馬県立前橋高等学校
埼玉県立大宮高校
埼玉県立所沢高校
埼玉県西武学園文理高等学校
東京都穎明館高等学校
神奈川県横浜聖光学院高等学校
神奈川県鎌倉学園高等学校
長野県立上田高等学校
長野県立長野高等学校
長野県野沢北高等学校
山梨県立都留高等学校
富山県立魚津高等学校
富山県立富山中部高等学校
静岡県立清水東高等学校
静岡県立浜松北高等学校
愛知県立明和高等学校
三重県立松坂高等学校
三重県立四日市高等学校
三重県高田高等学校
大阪府初芝富田林高等学校
兵庫県立姫路東高等学校
兵庫県淳心学院高等学校
兵庫県武庫川女子大学附属高等学校
奈良県奈良学園高等学校
奈良県西大和学園高等学校
島根県立松江北高校
岡山県立津山高等学校
岡山県明誠学院高等学校
広島県立広高等学校
広島県広島市立基町高等学校
広島県修道高等学校
広島県ノートルダム清心高校
福岡県立修猷館高等学校
福岡県立筑紫丘高等学校
長崎県純心女子高等学校
熊本県立熊本高等学校
宮崎県宮崎学園高等学校○

平成27年 平成28年

○
〇
○

○

○
○
〇

○
○

〇

○

〇

〇
〇
〇
〇
○
○
○
○
○

〇
○
〇
○
〇
○

○

〇
〇
〇

○
○
○
○

○
〇
〇
〇

〇
○
○

〇

○

〇
○
○
○
○
○
○
○

〇
○
〇

○
○
○

〇
〇
〇
〇

○
○

○
○
○

○
○

○

◎ 中等教育学校
東京都立南多摩中等教育学校

〇
〇

○

〇
〇

○
〇

○

－ 26 －

〇
〇
〇
〇
〇

○

目次へ

最近５年間

官公庁インターシップ参加者数一覧

平成 24 年度
厚生労働省

2

平成 25 年度

1

経済産業省

2
1

文部科学省

1

環境省

1

総務省

2

平成 26 年度

左＝学部

右＝大学院

平成 27 年度

平成 28 年度

1

1

1

1
1

1
1

2

2

内閣官房

1

JAXA

1

警察庁

1

都庁

2

－ 27
27 －
－
－

目次へ

Ⅱ．授 業 科 目

目次へ平成２８年度

大学院薬学系研究科

授業科目一覧

共通科目
授

業

科

基礎薬科学特論Ⅰ

基礎薬科学特論Ⅱ

基礎薬科学特論Ⅲ

基礎薬科学特論Ⅳ目

担 当 教 員
単 位
学期
職
名
氏
名
講義 演習 実験･実習
教 授
大和田 智彦
教 授
井上 将行
教 授
金井
求
S1
２
講 師
尾谷 裕子
S2
講 師
占部 大介
教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
特任教授
准教授
准教授
准教授
准教授
講 師
講 師
講 師

阿部
船津
嶋田
清水
橋本
三田
岡田
折原
西田
石川
角田
大戸
藤井

郁朗
高志
一夫
敏之
祐一
智文
正弘
裕
紀貴
稔
誠
梅治
晋也

教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
准教授
准教授
講 師
講 師
講 師

新井 洋由
堅田 利明
後藤 由季子
三浦 正幸
一條 秀憲
村田 茂穂
井上 純一郎
山本 一夫
秋光 信佳
八代田 英樹
垣内
力
河野
望
福山 征光
名黒
功

教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
客員教授
客員教授
客員教授
准教授
特任准教授
特任准教授
特任准教授
特任准教授
講 師
講 師
特任講師
特任講師

楠原 洋之
池谷 裕二
富田 泰輔
鈴木 洋史
岩坪
威
澤田 康文
津谷 喜一郎
木村 廣道
小山 隆太
本間
雅
堀
里子
五十嵐 中
清水 央子
前田 和哉
高田 龍平
三木 晶子
桝田 祥子

－ 29
29 －
－
－

S1
S2

２

S1

２

S1
S2

２

備

考

目次へ

教 授
教 授
教 授
教 授
准教授
准教授
准教授
講 師
講 師

阿部 郁朗
内山 真伸
浦野 泰照
橋本 祐一
岡田 正弘
花岡 健二郎
石川
稔
宮本 和範
藤井 晋也

教 授
教 授
教 授
特任教授
准教授
講 師
講 師

船津
嶋田
清水
三田
西田
角田
大戸

細胞生物学特論

教 授
教 授
教 授
講 師
講 師

新井 洋由
堅田 利明
井上 純一郎河野望
福山 征光

分子生物学特論

教 授
教 授
教 授
准教授
講 師

疾患生物学特論

教 授
教 授
准教授

ケミカルバイオロジー特論

生体分子解析学特論

医療薬学特論

社会薬学特論

A1
A2

２

A1
A2

２

偶数年度開講A1
A2

２

奇数年度開講

三浦 正幸
一條 秀憲
村田 茂穂
八代田 英樹名黒功

A1２

偶数年度開講後藤 由季子
山本 一夫
垣内
力

A1

２

奇数年度開講A1
A2

２

偶数年度開講A1

２

奇数年度開講

高志
一夫
敏之
智文
紀貴
誠
梅治

教 授
教 授
教 授
教 授
教 授
准教授
特任准教授
講 師
講 師

楠原
池谷
富田
鈴木
岩坪
小山
本間
前田
高田

洋之
裕二
泰輔
洋史
威
隆太
雅
和哉
龍平

客員教授
客員教授
客員教授
特任准教授
特任准教授
特任准教授
特任講師
特任講師

澤田 康文
津谷 喜一郎
木村 廣道
堀
里子
五十嵐 中
清水 央子
三木 晶子
桝田 祥子

－ 30 －

A2

目次へ科学英語特論各講師

医薬品評価科学特論

クリニカルサイエンス特論

集中

２

客員教授
准教授

藤原 康弘
小野 俊介

A1
A2

２

教 授
教 授
非常勤講師
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃

楠原
鈴木
赤沢
荒川
池原
大友
鈴木
滝川
畠
中村
花井
山口
山下
渡邉

S1
S2

２

洋之
洋史
学
義弘
譲
邦
亮
一
清彦
秀文
陳雄
正雄
英臣
裕司

平成 28 年度は開講しない

薬科学専攻（修士課程）
授

業

科

目

薬 科 学 特 別 研 究 Ⅰ

担
職

当

名

教

員

氏

名

薬学系研究科担当教員

学期

単

位

講義 演習 実験 ･ 実習

通年

20

備

考

修士課程
必須科目

薬科学専攻（博士後期課程）
授

業

科

目

薬 科 学 特 別 研 究 Ⅱ

担
職

当

名

教

員

氏

名

薬学系研究科担当教員

学期

単

位

講義 演習 実験 ･ 実習

通年

20

備

考

博士後期課程必須科目

薬学専攻（薬学博士課程）
授

業

科

目

担
職

名

当

教

員

氏

名

学期

単

位

講義 演習 実験 ･ 実習

医 療 薬 学 実 践 研 究

薬学系研究科担当教員

通年

4

社 会 薬 学 実 践 研 究

薬学系研究科担当教員

通年

4

創 薬 学 実 践 研 究

薬学系研究科担当教員

通年

4

薬 学 特 別 研 究

薬学系研究科担当教員

通年

20

－ 31
31 －
－
－

備

考

薬学博士課程
必須科目

目次へ平成２８年度

薬学部

授業科目一覧
④：薬科学科の必修 ４：薬科学科の選択⑥：薬 学 科 の 必 修 ６：薬 学 科 の 選 択＊：指定なし（履修できるが修得単位は卒業要件の単位とはならない）○

２年生（平成 29 年度進学者）（Ａ１ターム）
科

病

目
学

１
④⑥

薬 事 法・ 特 許 法

１
４⑥
１
④⑥

薬

理

単位

理

学

Ⅰ

分 子 生 物 学

１④⑥

薬物動態制御学１④⑥

生 物 統 計 学

１４６

発 生 遺 伝 学

１
４６

放

学

１
④⑥

有 機 化 学 Ⅰ１④⑥

物 理 化 学 Ⅰ

１
④⑥

免

学

１
４６

細 胞 生 物 学

１
④⑥

射

化

疫

内

担当教員

容

【曜日・時限】
富田 泰輔 細胞と組織の病理変化，臨床疾患の分類や，その病態，
岩坪
威 治療について解説します。
【月・２】
小野 俊介 薬事関連法規及び特許法の基本について学びます。
桝田 祥子
【月・３】
池谷 裕二 薬理学の基礎を学び、自律神経系や循環系に作用する薬
物の作用を理解します。
【月・４】
村田 茂穂 生命科学を理解するために必要な分子生物学の基礎を学
八代田 英樹 びます。
【火・２】
楠原 洋之 医薬品開発ならびに医薬品の適正使用を実現するため
前田 和哉 に、医薬品の体内動態特性を定量的に理解するための理論体系である薬物速度論を説明するとともに、体内動態の個人間変動を生じる要因について解説します。
【火・３】
五十嵐 中 医薬品の評価に使われる統計学的な方法と実験法に関す
他 る講義と演習です。
【火・４】
三浦 正幸 発生遺伝学の概説とモデル動物を用いた創薬科学への応山口 良文 用を講義します。
【水・１】
古藤 日子
秋光 信佳 医学・薬学の諸分野で不可欠なアイソトープと放射線の基礎と応用，生物影響等について講義します。
【水・２】
井上 将行 立体化学、構造化学、酸化と還元などの有機化学の基礎を学びます。
【水・３】
嶋田 一夫 量子化学と分光法を理解することにより，物理化学的概西田 紀貴 念の修得を目指します。
【水・４】
東伸昭 免疫系の成り立ちと感染やアレルギーにおける免疫応答堀 昌平 ( 理研 ) を，組織，細胞，分子のダイナミックな動きを通して理
解します。
【木・２】
富田 泰輔 生命科学を理解するために必要な細胞生物学の基礎を学
福山 征光 びます。
【木・３】
新井 洋由

－ 30
32 －

目次へ

分 析 化 学 Ⅰ

物 理 化 学 Ⅱ

薬

学

概

論

有 機 化 学 Ⅱ

１
④⑥

三田

智文 分析の基礎、溶液中の化学平衡、化学物質の定性・定量
分析、機器を用いる分析法について学びます。
【木・４】１
船津 高志 重要な熱力学的概念の理解と，薬学で重要な系の物理化④⑥ 角田誠 学的考え方と手法について講義します。
【金・２】
１
教務委員会 薬学という学問のアウトライン，歴史，将来像を分かり④⑥
やすく説明し，産業，医療など，社会との関わりを考えます。また，最新の薬学研究の一端を学びます。
【金・３】
１ 大和田 智彦 酸と塩基、求核置換反応、脱離反応など、有機反応の理④⑥
尾谷 優子 解のための基本的な概念について学びます。
【金・４】

単位

担当教員

Ａ２ターム
科

目

製 剤 設 計 学

１４⑥

機 能 生 物 学

１④⑥

物 理 化 学 Ⅲ１④⑥

医 薬 品・ 医 療
ビ ジ ネ ス１
４６

分 析 化 学 Ⅱ

１④⑥

構 造 分 子 薬 学

１４＊

微 生 物 学・ １
化 学 療 法 学 ４⑥

有 機 化 学 Ⅲ

１
④⑥

内

容

【曜日・時限】
洋之 医薬品のドラッグデリバリーシステムの他，医薬品の剤
他 形について，設計製造法，有用性評価法について学びます。
【月・２】
後藤 由季子 生命科学を理解するために必要な細胞高次機能の基礎を
学びます。
【月・３】
清水 敏之 蛋白質構造の階層性、様々な分子間相互作用、酵素の構
大戸 梅治 造や酵素反応論について学びます。
【月・４】
木村 廣道 企業や研究機関の経営とは何か，経営戦略論の基本を学
他 び，医療・医薬産業の構造と特徴を解説します。
【火・２】
船津 高志 化学物質の定性分析、機器を用いる分析法、分離分析法、
角田
誠 臨床現場で用いる分析技術について学びます。
【火・３】
嶋田 一夫 核磁気共鳴法やＸ線結晶構造解析法による，生体高分子
清水 敏之 の構造解析の基礎と実例を説明します。
【火・４】
大戸 梅治
未
定 大腸菌などの微生物を材料とした生化学・遺伝学の基本
垣内
力 的方法論について整理します。さらに，抗生物質の作用機構についても学びます。
【水・２】
内山 真伸 置換反応，ラジカル反応 , 酸化還元反応，付加反応など
宮本 和範 の化学反応論と化学反応を理解するために重要な有機電子論について学びます。
【水・３】
楠原

－ 33
31 －
－
－

目次へ

医薬品評価科学

１
４⑥

医

学

１
④⑥

有 機 化 学 Ⅳ

１
④⑥
１
４⑥

療

薬

公 衆 衛 生 学

創

薬

科

学

1
④＊

機 能 形 態 学

１
④⑥

小野

俊介 医薬品開発と薬効評価の方法，国内外の開発環境やガイ
他 ドラインについて，具体例に基づいて解説します。
【水・４】
鈴木 洋史 医療における薬学の理解を目標とし，医療制度，医薬品開高田 龍平 発と有効性や安全性，疾患と治療薬，医療と薬剤師，調剤・本間
雅 製剤の基礎，服薬指導と薬歴管理，臨床薬物動態学などについて概説する。
【木・２】
金井
求 カルボニル化合物の典型的な反応性について学びます。
【木・３】
五十嵐 中 健康の概念、疫学、薬剤疫学、薬剤経済学の基本について
学びます。
【木・４】
金井
求 製薬企業で成功した研究者を中心に，創薬の実際と将来
池谷 裕二 像を語ってもらいます。
【金・２】
他
三浦・山口 薬物療法や病態を理解するための基礎知識として、各臓
池谷・小山 器の構造と機能（解剖学・生理学）を学びます。
【金・３】
富田・一條
名黒

３年生（平成 28 年度進学者）Ｓ１ターム
科

目

内

容

単位

担当教員

医 薬 品・ 医 療
ビ
ジ
ネ
ス

１
４６

木村

医 薬 品 情 報 学

１４⑥

がん細胞生物学

1
４６

臨

学

1
＊⑥

有 機 化 学 Ⅵ

1
④⑥

澤田・堀
医薬品情報の標準化や薬物作用の定量化に関する方法論
三木・佐藤 等、医療現場に対して有用な新規医薬品情報構築法につ他 いて概説する。
【水・２】
一條 秀憲 癌 の 発 生 か ら 進 行 に 関 す る 生 物 学 及 び 癌 の 臨 床 と 治 療
他 法，とくに薬物療法に関する講義です。
【木・１】
楠原 洋之 疾患の病態生理から薬物動態，臨床薬理，臨床試験まで，
荒川 義弘 薬物治療の基本と臨床開発について臨床的側面から学び他 ます。また，癌の診断，治療，臨床治験の実際を，臨床
病理，内科，外科，放射線科等の専門家から学び，病気としての癌の理解を目指します。
【木・２】
浦野 医薬品の代謝および創薬化学の基礎、炭水化物と合成ポ
花
岡 リマーの化学に関する講義です。P-450 を中心に酵素誘
井上 （英） 導、遺伝多型、代謝反応様式、酵素反応機構などを分子レベルで解説し、医薬品の分子設計、化合物ライブラリ
ー、リード化合物など創薬研究の基礎、炭水化物や合成
ポリマーなどの高分子についても学びます。

【曜日・時限】
廣道 企業や研究機関の経営とは何か，経営戦略論の基本を学
他 び，医療・医薬産業の構造と特徴を解説します。
【火・２】

床

薬

理

【金・２】

－ 32
34 －

目次へ

薬 学 実 習 Ⅰ

５④⑥

薬 学 実 習 Ⅱ
３
（
前
半
） ④⑥

有機・薬化 有機化学の基本的実験操作の習得，基礎的単位
反応・合成 反応と応用的合成反応の習得。
【月～金・午後】
天然・分析 生 物 有 機 化 学 基 礎 実 験（ 天 然 有 機 化 合 物 の 抽 出，単 離，植物園
同定及び生合成；吸光法及び蛍光法の基礎と応用，高速液体クロマトグラフィーの基礎と実際；薬物代謝反応実
験，酵素反応速度解析；薬用植物園見学）。
【月～金・午後】

Ｓ２ターム
科

目

単位

内

担当教員

医 薬 化 学 Ⅰ

1
④６

金井
井上

薬

理

学

Ⅱ

１
④⑥

池谷

衛

生

化

学

１
４⑥

新井
河野

容

【曜日・時限】
求 医薬合成を目標とする高いレベルの合成化学，遷移金属
将行 化学，複素環，天然物合成化学などの講義です。
【火・２】
裕二 中枢神経系、内分泌系、免疫系に作用する薬物の薬理作用について，身体機能および精神機能の観点から整理して理解します。
【水・２】
洋由 環境物質の生体に与える影響について解説します。
【木・２】
望

医 薬 化 学 Ⅱ

1
大和田 智彦 生理活性物質・医薬分子の有機化学，分子設計の有機化④６ 橋本 祐一 学を学びます。
【金・２】
薬 学 実 習 Ⅲ
3
物化・動態 物理化学基礎実験（薬物の体内動態、タンパク質の物理④⑥ 構 造化学的解析法およびタンパク質間相互作用の構造生物学
的解析、Ｘ線解析法による分子構造の解析と立体構造の理解）。
【月～金・午後】
薬 学 実 習 Ⅱ
３代
謝 生 物 有 機 化 学 基 礎 実 験（ 天 然 有 機 化 合 物 の 抽 出，単 離，
（
後
半
） ④⑥
同定及び生合成；吸光法及び蛍光法の基礎と応用，高速液体クロマトグラフィーの基礎と実際；薬物代謝反応実
験，酵素反応速度解析；薬用植物園見学）。
【月～金・午後】

Ａ１ターム
科

目

単位

担当教員

医 薬 化 学 Ⅲ

１
④＊

内山
浦野

真伸
泰照

生 物 物 理 学

1４６

分 子 生 理 化 学

1
４６

船津
嶋田
清水
堅田
福山
仁科

高志
一夫
敏之
利明
征光
博史

内

容

【曜日・時限】
医薬品開発に必須の有機化学の講義で，有機反応化学，
生体関連反応及び生理活性物質の化学の基礎を解説します。また光機能性分子を中心に、ケミカルバイオロジー
研究を基礎から解説します。
【火・２】
生体の階層性（分子から個体まで）と各階層について学
びます。
【水・２】
ホルモンなど細胞外シグナル分子の受容と情報伝達について，最新の知見を解説します。
【木・２】

－ 35
33 －
－
－

目次へ

天 然 物 化 学

1
４⑥

阿部
岡田
折原

薬 学 特 別 講 義
1
（
前
半
） ４⑥

瀧本

薬 学 実 習 Ⅳ

薬学実務実習Ⅰ

郁朗 局方収載生薬を中心とする天然由来薬物の起源，成分，
正弘 評価，応用及び植物バイオテクノロジーについて学びま
裕 す。
【金・２】
禎之 生命・医療倫理学を通じて薬学のあり方について学ぶ。
【集中】

５ 微生物・遺伝 (1) 生理化学実験
血糖値の調節（代謝生理学実験）④⑥ 分子・生理培養細胞の増殖応答（アイソトープ実験）
衛生(2) 分子生物学実験
培養細胞を用いた分子生物学の基礎実験(3) 遺伝学実験
モデル動物を用いた分子遺伝学の基礎実験(4) 微生物実験
微生物基礎実験，抗生物質，遺伝子操作の基礎実験【月～金・午後】
1
医 学 部 薬物代謝酵素の遺伝子多型判定を通して，今後の医療を④⑥ 附 属 病 院 考える上での遺伝子多型の意義やその解釈の仕方，さら薬 剤 部 にはヒトゲノム・遺伝子を対象とした研究を行う上での正しいプロセス，倫理指針の遵守の重要性を学ぶ。
【集中】（Ａ２ターム）科

目

単位

医薬品安全性学１
４⑥

疾 患 代 謝 学

1
４⑥

創

学

1
④＊

薬 学 実 習 Ⅴ

３
④⑥

薬

科

薬 学 特 別 講 義
1
（
後
半
） ４⑥

内

担当教員

容

【曜日・時限】
秀憲 医薬品の安全性の科学的裏付けを、生体のストレス応答
功 という観点を軸に、分子生物学、細胞生物学、病態生理
他 学ならびに社会学的な視点から解説します。
【火・２】
新井 洋由 代謝一般と、その破綻により引き起こされる様々な疾患
村田 茂穂 について解説します。
【木・２】
八代田英樹
河野
望
金井
求 製薬企業で成功した研究者を中心に，創薬の実際と将来
池谷 裕二 像を語ってもらいます。
【金・２】
他
薬作・病態 全身動物，摘出器官を用いた基礎薬理学実験。病理標本
蛋白・細情 の観察，組織化学，細胞内シグナル伝達機構の解析，出芽酵母を用いた遺伝子実験。
【月～金・午後】
花井 十伍 ①医学部標本室見学②薬害被害者の声 を通じて薬学のあり方について学ぶ。
【集中】
一條
名黒

－ 34
36 －

目次へ

４年生（平成 27 年度進学者）Ｓ１ターム
科

目

単位

担当教員

内

容

【曜日・時限】
企業や研究機関の経営とは何か，経営戦略論の基本を学
び，医療・医薬産業の構造と特徴を解説します。
【火・２】
癌の発生から進行に関する生物学及び癌の臨床と治療法，とくに薬物療法に関する講義です。
【木・１】
疾患の病態生理から薬物動態，臨床薬理，臨床試験まで，
薬物治療の基本と臨床開発について臨床的側面から学びます。また，癌の診断，治療，臨床治験の実際を，臨床病理，
内科，外科，放射線科等の専門家から学び，病気としての癌の理解を目指します。
【木・２】
医薬品の合理的使用を目指し，その社会経済的価値を評価するための基本的な考え方と現状を学びます。
【木・３】

医
薬
品 ・
1
医 療 ビ ジ ネ ス ４６

木村

廣道
他

がん細胞生物学

1
４６

一條

秀憲
他

臨 床 薬 理 学

1
＊⑥

楠原
荒川

洋之
義弘
他

医 薬 経 済 学

1
４６

五十嵐

中

単位

担当教員

薬 事 法・ 特 許 法

１
４⑥

小野
桝田

【曜日・時限】
俊介 薬事関連法規及び特許法の基本について学びます。
祥子
【月・３】

発 生 遺 伝 学１４６

生 物 物 理 学

1
４６

三浦
山口
古藤
船津
嶋田
清水

正幸
良文
日子
高志
一夫
敏之

Ａ１ターム
科

目

４年生（薬科学科）
科
目単位
薬 学 卒 業 実 習
20
④

内

容

発生遺伝学の概説とモデル動物を用いた創薬科学への応用を講義します。
【水・１】
生体の階層性（分子から個体まで）と各階層について学
びます。
【水・３】

○

担当教員
内
容
各 教 室 薬学部（病院薬剤部を含む）の教室に配属となり、薬学研究の第一線に参加します。

○

４～６年生（薬学科）
科
目単位
薬 学 実 習 Ⅵ
14
⑥

担当教員
各教室

薬学実務実習Ⅱ4⑥三田

薬学実務実習Ⅲ

10
⑥

山本

内
容
薬学部の教室に配属となり、薬学研究の第一線に参加すると同時に、病院薬剤部・薬局に行く前の自主的な研究・学習を行う。
智文 病院実務実習・薬局実務実習に先立って，大学内で調剤
他 および製剤，服薬指導などの薬剤師職務に必要な基本的知識，技能，態度を修得する。
武人 病院薬剤師の業務と責任を理解し，チーム医療に参画で他 きるようになるために，調剤および製剤，服薬指導などの薬剤師業務に関する基本的知識，技能，態度を修得す
る。

－ 37
35 －
－
－

目次へ

薬学実務実習Ⅳ

10⑥

薬 学 卒 業 実 習

20⑥

澤田・ 堀 薬局の社会的役割と責任を理解し，地域医療に参画でき三木・佐藤 るようになるために，保険調剤，医薬品などの供給・管理，情報提供，健康診断，医療機関や地域との関わりについての基本的な知識，技能，態度を修得する。
各 教 室 薬学部（病院薬剤部を含む）の教室に配属となり、薬学研究の第一線に参加します。

－ 36
38 －

目次へ

Ⅲ．各教室の研究業績概況

目次へ薬科学専攻目次へ◆ 薬化学教室 ◆教 授

大和田 智彦(おおわだ・ともひこ)

昭和 57 年東京大学薬学部卒、昭和 59 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：名古屋市立大学薬学部教授、博士（薬学）講 師尾谷 優子（おたに・ゆうこ）

平成 12 年東京大学薬学部卒、平成 17 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：米国コロンビア大学化学科博士研究員、博士（薬学）研究の概要
薬化学教室の研究目標は新しい化学現象（構造）の発見と機能ある物質の創製（機能）のインテ
グレーション（融合）である。特に基礎的な化学研究から派生した分子構造論を生物活性等に関連する有機分子の機能に関係づける有機化学の創出に興味がある。新しい構造は新しい機能を作り出し、新しい機能は新しい構造に由来する。その一環としてアミド及び関連官能基の非平面化という独特な有機構造化学の発見をもとに新たな有機分子構造論の展開とその基礎研究を機能性物質創製に展開することを中心課題としている。分子の構造（形）が、反応性・結合特性・構造特性・生物活性などの物質の機能に与える影響を調べ、その原理を追求するとともに、その原理を利用して構造を改変し機能の最適化や新しい機能を創造することにある。
単なる現象の記述に留まることなく、
常に「なぜ」そうなるのかという疑問を本質的な課題として持ちつつ、その「なぜ」に対してもっとも妥当な一つの解釈やさらに一般化した概念（言葉）を生み出すように努力している。研究には三次元構造の詳細や分子間の相互作用の解析が必要であるため、計算化学と組み合わせて実験化学の考察に利用し現象の根底にある構造化学の概念の抽出に用いている。
１．特異な構造特性を持つ分子の合成と機能（1-1）非平面アミドオリゴマーを利用した最小単位ヘリックス構造の構築
多くのタンパク質は、α- ヘリックスやβシートなどの規則的な折りたたみ構造を基盤として高次構造を形成する。この規則性形成の主要因として、全てのペプチド結合（アミド結合）が硬い平面構造をとるために主鎖が取りうる形が制限されること、および主鎖内の水素結合により構造が安定化されることが挙げられる。また、タンパク質の折り畳みの律速段階の一つに環状アミノ酸であるプロリンのアミド結合回転の異性化があり、アミド結合の非平面化が異性化速度に与える影響は興味が持たれる。また短鎖ペプチドには高い生物活性を示す物質が多く存在するが、酵素によるアミド結合の加水分解による不安定さや動態の問題から医薬品に直結しにくいと考えられている。水
素結合に依存する短鎖ペプチドの構造は、周囲の親疎水性の変化に依存する点がペプチド医薬の問題点であると考えられる。
本研究課題は生物が本来持たない構造特性を有するアミノ酸誘導体を用いた時にどのような高次構造が作られるかを解析することを目的とし、最終的には周囲の親疎水性に依存しないペプチドの構造化を目標とし、その非天然型の規則構造を用いる創薬デザインの方法論を展開したい。具体的には、水中でも安定な自己組織的な規則構造（ヘリックス構造）の構築を最小単位の原子数で実現
－33－
－
39 －

目次へ

することを研究目標に掲げている。非平面化した三級アミド結合を有する二環性のプロリン誘導体（図１）に着目し、そのオリゴマーがヘリックス構造のような規則的に繰り返す構造に折りたたまれるかを解析する。これまでにホモテトラマー（４残基）以上で規則構造化が出現することを示唆した。最近、本オリゴマーに置換基を導入した誘導体をデザイン・合成し、最小単位の２残基以上で高度に構造を制御したシスアミド型ヘリックス構造を構築することに成功した（図２）。現在、
規則構造のさらなる制御を検討中である。
アミド結合の異性化

非平面アミド

非平面アミド

剛直な環構造↓新規な規則構造および安定性の開拓
プロリン

二環性アミノ酸
図１ 非平面アミドの発見

NOE

図２ シスアミド型ホモオリゴマーの高次構（左：溶液構造、右：計算構造）（1-2）新しい放出様式による一酸化窒素（ＮＯ）供与物質の設計と機能
７−アザビシクロ[2.2.1]ヘプタンのＮ-ニトソロアミンも非平面化している。すなわち、Ｎ−ＮＯ結合が弱くなっている。一方で、Ｎ−ニトソロアミンはｐＨが中性条件下では自発的に結合解裂を起こすことはない。一方、チオールの共存下では、硫黄原子の求核的な攻撃によって、硫黄原子にＮＯ基が移動するＳ−トランスニトロソ化反応を引き起こす新しい機能物質であることが判明した（図３）。生成したＳ−ニトロソチオールのＳ−ＮＯ結合は自発的に解裂して一酸化窒素（ＮＯ）を放出する。これは７−アザビシクロ[2.2.1]ヘプタンの構造特性を利用した新しい放出機序をもつ一酸化窒素（ＮＯ）供与物質と見なすことができる。さらに、チオール（システイン等）を選択的にニトロソ化することでタンパク質の機能制御物質の創製を目指している。また本Ｎ-ニトソロアミンは可視光領域にニトロソアミノ基の吸収をもち、可視光を吸収して N-NO 結合が開裂することが判明しつつある。本トランスニトロソ化反応をアドレナリン受容体の内在化阻害活性に応用している。

－34－
－
40 －

目次へ

図３ N-ピラミッド型 N-ニトロソアミンのチオールへのトランスニトロソ化反応
２．新しい反応の発見と合成への応用
陽イオン中間体（ジカチオン）の化学、芳香族化合物の多官能基化への応用
大部分の医薬品は多官能基化された芳香族化合物を含む。それゆえ、官能基に多様性を持たせつつ位置選択的に効率的に多官能基化された芳香族化合物を合成することは、医薬品、機能性分子、生理活性物質の設計・合成に不可欠な基盤化学である。多官能基化された芳香族化合物の合成は、鈴木—宮浦反応を始めとする金属触媒を用いる反応によって画期的に進展しているが、原料である置
換基を有する芳香環の生成はいまだ大きな制約がある点は、本質的な問題の解決に至っていないことが理解できる。
本研究は芳香族化合物と電子不足な求電子試薬の反応の高効率化や、置換基の制限の回避を目論
むもので、脱離基の脱離能を強酸中水素結合によって高進させるものである。

1.0 eq.
Entry Substrate

Products
O

1

2

MeO

O

MeO

N
H

MeO
MeO

MeO

O

CH2Cl215 min, 20°C

N
H

Yielda) Entry Substrate

92%

4

5

F

Products
MeO

MeO

51%

N
H

Ar

Yielda) Entry Substrate

75%

Cl

MeO

O

7

S

83%b)

N
H

MeO

Cl

Br

N
H
Cl

61%
9
N
H

4%

MeO

MeO

MeO

O

O

O

O
N
H

MeO
OMe
HN

HN

70%

Cl

O

O
MeO

O

8
Cl

Br

MeO

50%

N
H

S
Cl

O

Yielda)Products

F

N
H

6
N
H

O
N
H

40%

O
MeO

MeO

O

TfOH

MeO

O
N
H

3

O

79%

N
H

MeO

O

+

Ar

70%c)

OMe
O

a) Isolation yieldsb) 5.78 g of p-chlorlanisole and 10.8 g of N-phenylcarbamate were employed.
c) >99%e.e.

図４強酸中の水素結合の関与による求電子活性種の生成
－35－
－
41 －

目次へ

3. 特徴ある機能（生物活性等）を持つ有機分子の設計・合成の研究
膜タンパク質と相互作用するケミカルモジュレーターのデザインと合成
膜タンパク質（イオンチャネル、膜レセプター、トランスポーター）の機能解明もしくは機能調整を可能とする有機分子の合成となぜその有機分子が膜タンパク質の機能を変化させることができる
かの文字通りの原子レベルでの構造化学的な解析を最終目標として研究している。単に活性の強弱を明らかにするだけではない。
（3-１）リン脂質を基盤とした膜タンパク質と相互作用するケミカルモジュレーターのデザインと合成
Lysophosphatidylserine（lysoPS）はマスト細胞の脱顆粒促進や細胞遊走活性を示す生理活性脂質である。この生体内物質の構造を元にデザインした化合物は lysoPS の活性を凌駕するスーパアゴ
ニストになり、最近提唱された GPR34 ではない、脱顆粒に関する未知の受容体の存在を明らかにした。一方、GPR34 の機能について近年別のグループが報告している。そのため GPR34 について
もその活性化分子の創製は興味が持たれる。

図５ 脂質メディエーターの合成（3-２）イオンチャネル（カルシウム活性化カリウムチャネル）開口調節分子の創製
イオンチャネルは古くから創薬のターゲットであり、チャネルの開閉を制御する様々な小分子が開発されてきた。しかし内在性リガンドのないチャネルに対して一般に応用可能な分子設計戦略がなく、またその戦略を評価応用するケミカルバイオロジー手法が進展していないため、有効な小分子の探索と同定には多大な労力と時間が必要とされる。チャネルの開閉を制御に有効な有機分子の効率的な開発のためには生理的な刺激に対するチャネルの開閉機構などの知見に基づいた設計戦略が必要であるが、それら機構の多くは依然未解明である。
我々は「膜タンパク質の機能解明に寄与する、天然物を基盤とした構造展開による新たなケミカ
ルモジュレーターのデザインと合成」を考え研究を展開している。
細胞内カルシウムによる活性化を受け、かつ電位依存性カリウムチャネルの１つであるＢＫチャ
ネルは、開口による大きなコンダクタンスを示すため細胞膜電位の安定化に大きな寄与をしていると考えられており、平滑筋や神経における興奮制御に関わっていると考えられている。ＢＫチャネ
ルは細胞膜の興奮によって流入する Ca2+ 濃度の上昇と膜電位の上昇に対応して開口して、細胞内からＫ＋イオンを流出させ膜の興奮を抑制させる Ca2+ 活性化カリウムチャネルの一種である。ＢＫ
チャネルを化合物による開口を実現することにより、化合物による脳・神経や平滑筋の興奮制御が可能になるかもしれない。
我々は、 BK チャネルを開口させる新規な化合物群としてピマラン型テルペン類（ピマル酸）を発見した。さらにデヒドロアビエチン酸がＢＫ開口活性を示すことが分かった。
現在この発見をもとに新規かつより高活性な開口分子のさらなる創製ならびに生理活性について研究を行っている。我々が創製した分子の作用の分子機構の解明にも興味を持っている。
－36－
－
42 －

目次へ

今まで最もＢＫチャネル開口活性が強いとされてきた化合物の１つであるＮＳ1619 を２倍近く活性を上回る化合物(4)の創製に成功した。CYM004 を用いたＢＫチャネル開口機構の分子機構について共同研究を展開中である。さらに他のイオンチャネル（ＴＲＰチャネル）についてもトランス
S-トランスニトロシル化による調節機能の研究も展開中である。
4. 理論計算を用いる構造化学・反応機構の解析・生物活性物質の設計
反応性や構造特性を解釈する際、軌道相互作用の概念は有効である。π面選択性に関する軌道位
相環境の相違を議論してきた。このような概念は計算科学を通じて数値化され有機分子の構造や反応経路の研究には実験的証拠が必要であるが、実験的には入手できない構造情報や反応経路におけるエネルギーを算出して反応経路を提案することを行っている。また化合物デザインにおいて安定な構造や結合強度への置換基効果を予測できる。蛍光物質の蛍光特性を見積もるための励起構造の計算についての研究を実施した。多くの計算テーマは実験テーマとの組み合わせで行われる。

教育の概要
2015 年度は東京大学全体の学事暦変更に伴い、講義科目名や講義内容の変更が一部にあった。薬
化学教室は、学部教育において、４学期「有機化学ＩＩ」（以前は「有機化学 I」）、「インターラク
ティブ有機化学演習」（以前は「有機化学演習Ｉ」）（分担）、６学期「医薬化学 II」、７学期「有機化
学演習 II」（分担）（本科目は 2015 年を持って廃止される）を担当し学部教育に貢献している。
「有機化学 IＩ」は薬学部の有機化学の基盤教育科目であるという認識から、スミス「基礎有機化学」（化学同人）の求核置換反応を中心に教科書を分担している。実際は講義プリントを配付し、さらにア
ドバンスな内容も含めている。
「インターラクティブ有機化学演習」では教室の教員全体で連携して担当している。
「医薬化学 II」では有機分子の設計のための論理・概念と化学の教育を講義し、通常の有機合成化学、有機反応化学の講義とは別の視点での、有機化学の構造化学概念を生命科学・創薬化学へつなげるために独自の資料に基づき講義している。また、学部５学期には「薬学実習 I」
を担当し、芳香族化合物の化学の講義（「有機化学Ｉ」）と実験をつなぐ実験実習を行っている。また学部薬学科選択の学生に対して「実務実習事前学習（薬学実務実習 II）」を分担し薬剤師教育にも積極的に参画し貢献している。大学院教育では、夏学期に開講される「基礎薬科学特論 I」を分担担当している。すべての分野の大学院生が履修する基礎科目として、立体選択性の根幹を担う反応
面選択性を題材として分子軌道相互作用概念の基礎と応用について講義している。大学院での研究に役立つ基盤的な知識の再確認と発展概念について講義することにより大学院教育に貢献している。

自己点検・評価
当研究室では、教室メンバー全員が参加しての実験報告会・週報告会と論文紹介（コロキウム）・
問題演習を毎週各１回ずつ行っている。本研究室での大学院教育の目標は １）質問する・質問に答える能力の開発 ２）
自分の研究結果の報告・解説能力の取得。
研究ストーリーが語れること ３）
研究分野での常識的な有機化学反応の知識の獲得や有機合成化学のセンスを磨く４）英語での説

－37－
－
43 －

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明・質疑応答能力の開発 ５）ロジックのある研究の遂行能力、段取り能力 を身につけることである。そのため日々実験状況についてディスカッションを行い、時にテーマグループごとに会合を持って方向性を議論するとともに、セミナーで演習を取り入れ、有機化学の基礎知識の拡充に努めている。また国内で行われる有機化学、メディシナル化学関連の学会、討論会、セミナーに、発表
大学院生を中心に参加させ、早い時期から刺激を受けることを推奨している。論文紹介（コロキウム）では、広く興味を持った事柄について発表する事も推奨している。また近年の留学生の教室への参加から、日本人学生に対しては多くの場合英語での議論や発表を奨励し、外国人学生には日本
語での議論や発表を推薦している。双方の国際化を試みている。
大学院生の研究成果において学問的に高い完成度が要求されるようになり、また広い視野と真に独創性を持った人材が社会から切望されている。卒業後のキャリアーパスの１つである製薬企業や医薬品開発企業の国際化によって、研究開発に従事するものが博士の学位を有し、語学に長けているという国際的な標準が日本においても浸透しだした。そのため大学院生自身の資質も考慮して博士後期課程への進学を推奨・支援していく。また優秀な留学生を受け入れ教育することで、１０年後、20 年後の日本の状況を見据えた世界的規模の研究者ネットワークを構築していきたい。有機化
学・有機合成化学・有機反応機構論を中心に高度な視野を身につけた当教室出身者は、国内外の研究機関（留学も含む）、大学、製薬企業などで創薬・化学・農薬に関する研究職・開発職さらに諸官
庁での薬事行政などに広く活躍している。

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学 術 論 文(1) Nitric oxide-induced oxidative stress impairs pacemaker function of murine interstitial cells of Cajal during
inflammation，
N.Kaji, K. Horiguchi, S. Iino, S. Nakayama, T. Ohwada, Y. Otani, Firman, T. Murata, K. M. Sanders, H. Ozaki, M.
Hori
Pharmacol. Res., 2016, 111, 838-848.

(2) Identification of lysophosphatidylthreonine with an aromatic fatty acid surrogate as a potent inducer of mastcell degranulation
Takayuki Kishi, Hiroki Kawana, Misa Sayama, Kumiko Makide, Asuka Inoue, Yuko Otani, Tomohiko Ohwada,
Junken Aoki
Biochemistry and Biophysics Reports Volume 8, December 2016, Pages 346-351(3) Conformational Constraint of the Glycerol Moiety of Lysophosphatidylserine, an Emerging
Lysophospholipid Mediator, Affords Compounds with Receptor Subtype Selectivity
Sejin Jung, Asuka Inoue, Sho Nakamura, Takayuki Kishi, Akiharu Uwamizu, Misa Sayama, Masaya Ikubo, Yuko
Otani, Kuniyuki Kano, Kumiko Makide, Junken Aoki, Tomohiko Ohwada
Journal of Medicinal Chemistry, 2016, 59 (8), pp 3750-3776. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01925(4) Hydrogen Bonding to Carbonyl Oxygen of Nitrogen-Pyramidalized Amide-Detection of Pyramidalization
Direction Preference by Vibrational Circular Dichroism Spectroscopy.
Siyuan Wang, Tohru Taniguchi, Kenji Monde, Masatoshi Kawahata, Kentaro Yamaguchi, Yuko Otani, Tomohiko
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OhwadaChemical Communications, 2016, 52, 4018 - 4021, DOI: 10.1039/C6CC00284F
Web themed collection of ChemComm on ‘Foldamers’ (ed) by Professors Ivan Huc & Samuel Gellman(5) The synthesis and BK channel-opening activity of N-acylaminoalkyloxime derivatives of dehydroabietic acid.
Xin-Lan Liu; Hai-Xia Lin; Tomohiko Ohwada; Katsutoshi Ido; Kohei Sawada
Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, Volume 26, Issue 2, 15 January 2016, Pages 283-287.
(6) Tandem Buildup of Complexity of Aromatic Molecules Through Multiple Successive Electrophile
Generation in One Pot, Controlled by Varying the Reaction Temperature
Akinari Sumita, Yuko Otani, and Tomohiko Ohwada
Organic & Biomolecular Chemistry, 2016, 14, 1680 - 1693.
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招待講演
講演会 （広島大学大学院教授医歯薬保健学研究院）２０１６年１月２０日（水）演題：反応性や構造化に関与する柔らかな化学結合の制御○大和田智彦

学 会 発 表一般講演(1)第５４回日本生物物理学会年会 （つくば国際会議場 つくば市・茨城県）２０１６年１１月２６日 ポスター発表 2Pos020
プロリン型人工アミノ酸を含むペプチドの分子動力学計算
Molecular dynamics simulation of peptide oligomers bearing the proline-type artificial aminoacid○ Yuko Otani1, Satoshi Watanabe1, Akio Kitao2, Tomohiko Ohwada1 (1Grad. Sch. Pharm. Sci.,
Univ. Tokyo, 2IMCB, Univ. Tokyo)(2) 第４２回反応と合成の進歩シンポジウム（静岡市清水文化会館マリナート 静岡） ２０１６年
11 月 8 日 口頭発表 2O-12
並列した隣接基の窒素カチオンへの関与○大和田智彦，寧桜唐，福田朋也，尾谷優子，池田博隆，川幡正俊，山口健太郎（東大院薬， 徳
島文理大香川薬）(3)第４６回 複素環化学討論会（金沢歌劇座 金沢市・石川県）２０１６年９月２６日(月)～２８日（水）口頭発表 1O-20
リン酸エステルによるアシリウムイオン生成促進反応の発見と複素環合成への応用○澄田 明成・尾谷 優子・大和田 智彦 (東大院薬)(4)第６０回日本薬学会 関東支部大会（東京大学大学院薬学系研究科、山上会館 本郷）２０１６
年９月１７日 口頭発表 D-29
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二環性プロリン誘導体結合による α-アミノ酸のコンフォメーションへの効果○ザイ ルーハン 1, 尾谷 優子 1, 竹内 恒 2, 嶋田 一夫 1, 大和田 智彦 1,(1 東大院・薬, 2 産業
技術総合研究所)(5)第６０回日本薬学会 関東支部大会（東京大学大学院薬学系研究科、山上会館 本郷）２０１６
年９月１７日ポスター発表 P-23
S-トランスニトロソ化反応の特異性と生体内モデル反応の解析○猪股 悟, フィルマン, 尾谷 優子, 大和田 智彦 (東大院・薬)(6)第２７回基礎有機化学討論会（広島国際会議場 広島市・広島県）２０１６年９月１日～３日
口頭発表 3C12３原子相互作用による窒素カチオンの安定化○寧 桜唐 1, 福田 朋也 1, 尾谷 優子 1, 池田 博隆 1, 川幡 正俊 2, 山口 健太郎 2, 大和田 智彦
1(1 東大院薬, 2 徳島文理大香川薬)(7)生理学研究所研究会 TRP 研究会 2016「TRPs and SOCs ～脂質シグナルのアクセプター～」（岡崎カンファレンスセンター 岡崎市・愛知県）２０１６年６月２日～３日
ポスター発表Development of Bicyclic N-Nitrosamines as Photo-triggered Small-Molecule NOS Mimics:
Controllable Cellular Retention and Release of NO in Cells○大和田 智彦(8)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 9:48～10:00 一般口頭発表 28U-am05S
sp2-窒素上での求核置換反応による複素環構築反応の研究○寧 桜唐 1, 福田 朋也 1, 尾谷 優子 1, 川幡 正俊 2, 山口 健太郎 2, 大和田 智彦 （1 1 東大院薬,2 徳島文理大香川薬）(9)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 10:00～10:12 一般口頭発表 28U-am06S
リン原子への隣接基関与によるリン酸トリエステルの P-O 結合開裂反応と新たな求電子種発生法への応用○澄田 明成 1, 尾谷 優子 1, 大和田 智彦 1（1 東大院薬）(10)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 10:36～10:48 一般口頭発表 28U-am09S
不斉記憶型分子内アルキル化における窒素置換基効果○大津寄 悠 1, 松田 誠司 1, 川上 晋平 1, 吉村 智之 1, 尾谷 優子 2, 谷 紀彦 2, 大和田 智彦 2,
川端 猛夫 1（1 京大化研, 2 東大院薬）(11)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 16:51～17:03 一般口頭発表 28U-pm19
橋頭位置換二環性プロリン誘導体のヘテロペプチドオリゴマーの構造解析○ザイ ルーハン 1, オカンポ ディエゴ 1, 王 思遠 1,2, 尾谷 優子 1, 大和田智彦 1（1 東大院薬,2 乙卯研究所）(12)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
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横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 15:03～15:15 一般口頭発表 28U-pm10
アルカリ加水分解に対する二環性 β プロリンアミドの安定性○DIEGO Ocampo1, ザイ ルーハン 1, 王 思遠 1,2, 尾谷 優子 1, 川幡 正俊 3, 山口 健太郎 3,
大和田 智彦 1（1 東大院薬, 2 乙卯研究所, 3 徳島文理大香川薬）(13)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 14:51～15:03 一般口頭発表 28U-pm09
タンパク質 S-トランスニトロソ化反応解析のためのモデル反応の開発○猪股 悟 1, フィルマン 1, 尾谷 優子 1, 大和田 智彦 1（1 東大院薬）(14)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 17:15～17:27 一般口頭発表 28U-pm21
プロリン型人工アミノ酸ペプチドの規則構造化における置換基効果の計算科学的検討○尾谷 優子 1, 王 思遠 1,2, 渡邉 恵 3, 北尾 彰朗 4, 大和田 智彦 （1 1 東大院薬, 2 乙卯研究所,
3 東北大院工, 4 東大分生研）(15)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 28 日 8:45～12:15 一般ポスター発表 28AB-am157S
N-アシルアゾール類の安定性と立体構造の解明○高橋 由佳 1, 嘉山 奨 1, 若松 真太朗 1, 田畑 英嗣 1, 忍足 鉄太 1, 大和田 智彦 2, 夏苅 英昭
1, 高橋 秀依 1（1 帝京大薬, 2 東大院薬）(16)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 29 日 16:03～16:15 一般口頭発表 29N-pm15S
ペリ位置換基―イミノカチオン結合形成における構造要求性の検討○福田 朋也 1, 寧 桜唐 1, 尾谷 優子 1, 川幡 正俊 2, 山口 健太郎 2, 大和田 智彦 （1 1 東大院薬,2 徳島文理香川薬）(17)日本薬学会第１３６年会 （The 136th annual meeting of the pharmaceutical society of Japan）
横浜 (Yokohama) ２０１６年３月 29 日 14:51～15:03 一般口頭発表 29T-pm09S
リゾリン脂質の GPCR への結合様式解明のための誘導体合成○佐山 美紗 1, ジョン セジン 1, 中村 翔 1, 井久保 仁也 1, 尾谷 優子 1, 上水 明治 2, 岸 貴之
2, 井上 飛鳥 2, 巻出 久美子 2, 青木 淳賢 2, 広川 貴次 3,大和田 智彦 1（1 東大院薬, 2 東北大院薬, 3 産総研）
(18)２０１６年３月日本化学会第 96 春季年会(2016) （同志社大学 京田辺キャンパス）２０１６
年３月２４日(木)～２７日(日) 1S9-02[中長期企画講演] プロリン型の非天然アミノ酸の柔らかいアミド結合に基づいた規則構造制御○尾谷 優子（東大院薬）

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国際学会講演The 9th International Conference on the Biology, Chemistry , and Therapeutic Applications of Nitric Oxide （仙台国際センター Sendai） May 20-22, 2016
1）May 22, 2016, Oral talk S18-2
Development of Bicyclic N-Nitrosamines as Photo-triggered Small-Molecule NOS Mimics:
Controllable Concentration of Released NO and High Cellular Retention Ability○Tomohiko Ohwada (Graduate School of Pharmaceutical Sciences, University of Tokyo, Japan)2）May 22, 2016, Poster talk. B01-3
Chemical characterization of Transnitrosylation. Study of model system.
○Satoru Inomata (Graduate school of Pharmaceutical Science The University of Tokyo, Japan)＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

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◆ 有機反応化学教室 ◆
教 授

井上 将行

講 師

占部 大介

(いのうえ・まさゆき)
平成 5 年東京大学理学部卒、平成 10 年同大学大学院理学系研究科博士課程修了
前職：東北大学大学院理学研究科 助教授、博士(理学)(うらべ・だいすけ)
平成 13 年名古屋大学農学部卒、平成 18 年同大学大学院生命農学研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 助教、博士(農学)助 教長友 優典 (ながとも・まさのり)
平成 19 年東京理科大学理学部 I 部卒、平成 24 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 博士後期課程、博士(薬学)

助 教

伊藤 寛晃

(いとう・ひろあき)
平成 20 年東京大学薬学部卒、平成 25 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：富士フイルム株式会社勤務、博士(薬学)

研究の概要
有機反応化学教室は、有用な活性をもつ複雑な天然有機化合物の全合成、そのための新しい反応・合成法・戦略の開発と天然物の構造と機能をモチーフとした新機能分子の創出を主要テーマとしている。創薬にとって重要な有機化学の総合的な基礎研究を展開している。
当教室での研究基盤分子は、タンパク質などの生体高分子に強力に作用する極性官能基が密集した天然物と、生体高分子そのものの機能をもちうる巨大ペプチド系天然物である。タンパク質などの生体高分子に比べ分子量が圧倒的に小さい生物活性天然物は、多様な環状構造や官能基をもつことで、その機能情報を高密度に集積している。一方、その構造は最適・最小化されており、部分構造の欠如は、しばしば劇的な機能低下につながる。つまり天然物を、医薬や生物機能制御物質として応用するためには、その三次元的原子配列を完全に再現(全合成)する必要がある。しかし、強力な機能を持つ極性官能基密集型天然物や巨大ペプチドの全合成には、現在でも一般的な方法論が存在しない。我々は、このような高機能天然物の全合成を高度一般化するための反応・合成法・戦略の開発に取り組んでいる。さらに、自由自在に三次元構造を操れる有機合成化学を武器に、天然物が持たない化学的性質を付与した新機能分子や小型化されたタンパク質の創出を目指す。具体的には主に以下に挙げる課題について研究を行っている。
1. 全合成のための新しい反応・合成法・戦略の開発
多数の極性官能基を含む天然物の合成を計画する場合、官能基をどのように組み込むか、分子の酸化度をどのように上げるかという、合成の成否を左右する重要な問題に直面する。往々にして合成標的分子特有の三次元構造に起因する、反応性・化学選択性・立体選択性などの制御に問題が生じる。
それらを回避するために適切な保護基の利用が必須となり、一般に工程数が著しく増大する。
また従来法では、同じ炭素骨格に対して異なる官能基を持つ類縁体の合成には、異なる合成ルートを考案しなくてはならないという大きな課題も残されている。

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一方、炭素ラジカル種を介した炭素–炭素(C–C)結合形成反応は、高化学選択的であり、中性条件
下進行するため、天然物の全合成において強力かつ実践的な手法になりうる。そこで我々は、高度に極性官能基化された部分構造の収束的連結への展開を目指し、-ヘテロ炭素ラジカル種を用いた
C–C 結合形成反応の開発に取り組んでいる。具体的には比較的弱い C–Te 結合が穏和な条件下均等
開裂する性質に着目し、-ヘテロ有機テルリドを炭素ラジカル前駆体として用いることを計画した。
1-1. 高酸化度炭素鎖の分子間ラジカル-ラジカルカップリング反応の開発
ヒドロキシ基は、水素結合ドナーおよびアクセ
プターの双方の役割を担うため、ポリヒドロキシ化された炭素鎖は、タンパク質や核酸などの生体高分子との多点相互作用を可能とする。それゆえ、重要な生物活性を示す多数の天然二次代謝産物には、高度にヒドロキシ化された非分岐炭素鎖が部分構造として多く見られる。代表例として、海洋産天然物サジタミド D およびマイトトキシンの部分構造を Figure 1-1 に示した。一方、自然界に豊富に存在する単糖類は 4 つ、ないし 5 つのヒドロキシ基を持つため、ポリヒドロキシ化された有機分子の有用な合成素子とみなせる。したがって、糖鎖間での C(sp3)–C(sp3)結合形成によって、高度に酸素官能基化された炭素鎖を効率的に構築できれば、理想的な収束的合成戦略を確立できる。そこで我々は、構造情報を保持したまま糖鎖を連結できる合成反応の開発に挑んだ。その結果、-ア
ルコキシ炭素ラジカル種を介した 2 糖鎖間でのホモ-およびヘテロラジカル-ラジカルカップリングを実現した。
入手容易な糖由来の有機テルル化合物を用いた
ホモ-ラジカル-ラジカルカップリング(二量化)反応を計画した(Scheme 1-1)。その際、化学的に安定な炭素ラジカル前駆体として-アルコキシアシル
テルリド 1-1 を設計した。すなわち、Et3B と酸素との反応によって生じるエチルラジカルが 1-1 の
弱い C–Te 結合の均等開裂を誘起することで、アルコキシアシルラジカル B を生成する。
ここで、B の σ*(C–CO)結合と隣接する酸素孤立電子対との間の良好な軌道相互作用は、C–CO 結合の均等開裂を容易にする。その結果、B から一酸化炭素が放出され、-アルコキシ炭素ラジカル A が生成する。A のラジカル中心は隣接する酸素原子の非共有電子対による安定化効果を受けるため、A は比較的安定な炭素ラジカル種である。ゆえに、A はアシルラジカル B または不安定なエチルラジカル
よりも高濃度で系内に存在すると予想した。したがって、ラジカル-ラジカルカップリング反応により、所望のホモ-カップリング体(二量化体)1-2 が、他の潜在的ヘテロカップリング体 C および D よりも優先的に形成されることを期待した。
糖由来のカルボン酸より合成したアシルテルリド 1-1a-d の二量化反応を試みた(Table 1-1)。
まず、リボース誘導体 1-1a に対して、室温、空気雰囲気下で Et3B を作用させると、期待通り円滑に脱一酸化炭素反応が進行し、8 連続不斉中心を有する二量化体 1-2a が良好な合計収率かつ、異性体収量
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比 :  :  = 53 : 41 : 6 で得られた。同様に、グルコース誘導体 1-1b およびガラクトースから導出したアミノ糖誘導体 1-1c を用いた反応は、それぞれ 10 連続不斉中心を有する二量化体 1-2b (47 :44 : 9)および 1-2c (17 : 68 : 15)を与えた。さらに、直鎖状のマンノース誘導体 1-1d からは、12 炭素鎖構造の 1-2d (6 : 43 : 51)を得た。また、二量化反応で全く立体選択性が発現しない場合の 3 種の立体異性体の統計学的比率( :  :  = 25 : 50 : 25)と本結果との比較から、1-1a/b は高い選択性、
1-1d は高い選択性を示したといえる。これらの立体選択性は、Table 1-1 に示した-アルコキシ炭
素ラジカル Aa/b/d の 3 次元構造において、それぞれ灰色で明示した嵩高い官能基が同一面からの反応基質の接近を妨げたことに起因する。以上のように、糖誘導体のラジカル二量化戦略によって、多様な立体化学と炭素数を有する高酸化度炭素鎖の効率的な構築法を開発した。実際、本法によって得られた 1-2a-および 1-2b-はそれぞれ、サジタミド D の C5-C10 部分構造およびマイトトキシンの C51-C60 の鏡像異性体構造に合致する。
Table 1-1. Presumed conformations of -alkoxy radical Aa-d and their radical-radical homocoupling.

-alkoxy radical A

dimer (yield,  :  : )-alkoxy radical A

dimer (yield,  :  : )

Aa: -selectivity

1-2a (61%, 53 : 41 : 6)

Ac: small steric effect

1-2c (60%, 17 : 68 : 15)

Ab: -selectivity

1-2b (61%, 47 : 44 : 9)

Ad: -selectivity

1-2d (56%, 6 : 43 : 51)

続いて、本ラジカル-ラジカル連結反応を鍵とする、駆虫薬ヒキジマイシン(1-5)のポリオール構造の収束的合成に挑んだ(Scheme 1-2)。すなわち、室温、酸素存在下、Et3B を用いて、脱一酸化炭素を伴う-アルコキシ炭素ラジカル形成を先の-アルコキシアシルテルリド 1-1c および 1-1d の混合物に対して実施した。その結果、生じたラジカル中間体 Ac および Ad 間の反応は, 主生成物としてヘテロ連結体 1-3-SS、副生成物として立体異性体 1-3-RS/SR/RR、二量化体 1-2c および 1-2d を与えた。1-3-SS の立体化学は、既知のメチルペルアセチルヒコサミニド(1-4)に誘導して確認した。

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Scheme 1-2. Radical-radical cross-coupling reaction for the synthesis of the hikizimycin carbon chain 1-3-SS.
化学的に安定な炭素ラジカル供与体として、-アルコキシアシルテルリドを設定することで、室温かつ中性という極めて温和な条件下、C(sp3)–C(sp3)結合形成を伴う高酸化度炭素鎖の構築を実現した。特に、ヒキジマイシン(1-5)のポリオール構造中の 9 連続不斉中心を有する 1-3-SS を、6 つの
ホモ-、および 4 つのヘテロ連結体の中から 1 工程で選択的に構築した。本成果により、高度に酸素官能基化された構造を収束的に合成する本法の実用性を実証した。
今回開発した手法と既存の合成化学的手法を組み合わせれば、複雑な分子の斬新かつ実践的な合成戦略を立案することができる。これは取りも直さず、生物活性物質や機能性材料など全ての有用有機化合物の合成化学的供給に貢献できることを意味する。
2. 生物活性天然物の全合成研究
我々は高度に酸化された炭素環を持つテルペノイドやステロイドを標的とし、全合成効率化を目的とした研究を遂行している。全合成研究における課題設定は、環状構造に様々な置換基を持つ化合物群に対する統一的かつ短工程合成法の開発である。本年度は、Ca2+チャネル開閉制御因子リア
ノジンに代表されるリアノダンジテルペンの全合成を達成した。また、C19-ジテルペンアルカロイドであるプベルリン C とタラチサミンの複雑な縮環骨格形成に成功した。以下にその詳細を示す。
2-1. リアノダンジテルペンの網羅的全合成

Scheme 2-1. Structure and synthetic plan of ryanodane diterpenoids.
リアノジン(2-1, Scheme 2-1)は 1-H-ピロールカルボン酸エステルとジテルペン構造(2-2: リアノド
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ール)によって構成され、2-2 は複雑に縮環した 5 環性骨格(ABCDE 環)上に、6 つのヒドロキシ基お
よびヘミアセタールを有し、8 つの四置換炭素を含む 11 連続した不斉中心が存在する。2-1 に代表される類縁化合物(リアノダンジテルペン: 2-1–2-7)は、共通の炭素骨格を有するが、C1, 2, 3, 15, 18位の酸化度および結合様式が異なる。その生物活性は多岐にわたり、2-1 はカルシウムチャネルの開閉制御活性、2-2 およびシンゼイラノール(2-4)は殺虫活性、シンカッシオール B(2-5)およびシンカ
ッシオール A(2-6)は抗補体活性、ならびにシンナカソール(2-7)は免疫抑制活性を持つ。その特異な構造と生物活性から、
リアノダンジテルペンは多くの合成化学者の興味を惹きつけてきた。我々は、リアノダンジテルペンの精密構造活性相関研究を志向した網羅的合成法の確立を目指し合成研究を行い、2-1–2-6 の網羅的全合成を達成した。
合成計画を Scheme 2-1 に示した。我々は昨年度までに、ビシクロ[2.2.2]オクテン化合物 2-8 からリアノドール(2-2)の全合成を実現した。その合成ルートを創造的に応用し、2-1–2-6 の C2, 3 位の置換基を除く全ての炭素骨格ならびに酸素官能基を有する 5 環性化合物 2-9 を共通中間体として定めた。続く、C2, 3 位選択的官能基変換を鍵としてリアノダンジテルペン 2-1–2-6 を網羅的に全合成する。
2-1-1. リアノジン(2-1)の全合成
立体化学制御因子として AB 環上を覆う嵩高いアセトニド基を利用し、C2, 3 位立体選択的官能基化による共通中間体 2-9 からのリアノダンジテルペン
2-1–2-6 の統一的全合成を達成した。まず、リアノジ
ン(2-1)の合成について述べる(Scheme 2-2)。2-9 からC2 位への立体選択的イソプロペニル基導入を含む 5
工程で 2-10 とした後、ヒドロキシ基の配向を利用した C3 位ケトンの立体選択的還元で、2-11 を得た。
非常に立体障害の高い C3 位への 1-H-ピロールカル
ボン酸エステル導入は困難を極めたが、C3 位ヒドロキシ基にグリシン保護体 2-12 を縮合後、2 箇所の求電子部位を有する 3 炭素ユニット 2-13 とのピロール環形成反応に付すことで実現した。以上、共通中間体 2-9 から 12 工程の変換で 2-1 の初の全合成を達成した。
2-1-2. 3-エピリアノドール(2-3)の全合成
次に、3-エピリアノドール(2-3)の合成を検討した(Scheme 2-3)。2-9 の C10 位ヒドロキシ基を MOM保護した後、LiBH4 を作用させるとアセトニド基と逆側から C3 位ケトンの立体選択的還元が進行すると同時に、TMS 基の転位が進行し、2-15 を与えた。2-15 の Dess-Martin 酸化により、C3 位に β
配向の酸素官能基を持つケトン 2-16 を得た。C2 位の官能基化をへて 3-エピリアノドール(2-3)の全合成を達成した。2-16 に対し、アルケニルリチウムを作用させて立体選択的にイソプロペニル基を導入し、付加体 2-17 を得た。2-17 の TMS 基とアセトニド基、MOM 基を、それぞれ TAS-F と酸処理により除去し、ヘキサオール 2-18 とした。最後に接触水素化により、ベンジル基の除去とイソプ
ロペニル基の還元を行い、2-3 を全合成した。

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Scheme 2-3. Unified total synthesis of ryanodane diterpenoids.
2-1-3. シンゼイラノール(2-4)の全合成
続いて、シンゼイラノール(2-4)の合成を検討した。2-16 に対し、ヨウ化サマリウムを作用させてC3 位酸素官能基を還元的に除去し、ケトン 2-19 を得た。2-19 に対して、イソプロペニル基導入を試みたが、付加体を与えなかった。これは 2-19 のエノラート化が優先したためと考えた。種々検討の結果、塩化ランタン存在下、シクロプロピルリチウムを作用させると、C2 位へ立体選択的にシクロプロピル基が導入され、付加体 2-20 が得られた。2-20 の TMS 基を除去後、酸性条件下アセトニド基の除去を試みた。しかしながら、脱保護成績体は得られず、Grob 開裂をへて脱水成績体 2-21を得た。脱水により生じるカルボカチオンはシクロプロピル基による超共役で安定化されるため、容易に C2 位ヒドロキシ基の脱離とベンジル基の除去を伴う C1–C15 結合開裂が進行したと解釈できる。本副反応である脱水を回避すべく、C15 位アセタールの保護基を電子供与性のベンジル基から電子求引性の保護基へと変換した。種々検討の結果、超原子価ヨウ素試薬 2-23 を用いて、多数の酸素官能基存在下ベンジル基をベンゾイル基へ化学選択的に酸化することに成功した(2-20→2-22)。
続いて、2-22 に対し酸化白金存在下、接触水素化を行い C18–C19 結合を還元的に開裂させた。この際、フェニル基も水素化されシクロヘキシル基へと変換された。TMS 基を除去し 2-24 とした。その後、2-24 を酸処理すると、脱水を伴うことなく、アセトニド基と MOM 基を除去できた。最後に水酸化ナトリウム処理により、シクロヘキシルエステルを加水分解し、2-4 の全合成を達成した。

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2-1-4. シンカッシオール B(2-5)および A(2-6)の全合成
最後にシンカッシオール B(2-5)および A(2-6)を 2-19 から合成した。容易にエノラート化しうるケ
トン 2-19 に対し、C18 位への酸素官能基導入の足がかりを持つ炭素ユニット導入を試みた。検討の結果、臭化亜鉛存在下、クロチル Grignard 試薬を作用させることで、C2 位へ立体選択的に炭素鎖を導入でき、
更に C13 位に所望の立体化学を有する付加体 2-25 が優先的に得られることを見出した。
2-25 のオレフィンをオゾン開裂後、NaBH4 で処理することで、C18 位ヒドロキシ基を導入し 2-26 を得た。2-26 の TMS 基の除去、室温下の酸処理によるアセトニド基と MOM 基の除去、および接触
水素化によるベンジル基の除去をへて 2-5 の全合成を達成した。また 2-27 を加熱条件下酸処理する
ことで脱水反応を起こし、2-6 を全合成した。
2-1-5. リアノダンジテルペンの構造訂正およびシンカッシオール類の C13 位立体化学の決定
リアノドール(2-2)はリアノジン(2-1)のエステル加水分解物と定義される。1990 年自然界からリアノドールの単離が報告されていた。しかしながら、単離報告されたリアノドールと 2-1 の加水分解により得た 2-2 の NMR スペクトルを比較すると C3 位付近の化学シフトが大きく異なっていた。一方、合成した 3-エピリアノドール(2-3)は極めて良い一致を示した。以上から、単離報告されたリア
ノドールは 2-2 ではなく、2-3 であることを明らかにした。また、2009 年に単離報告されたシンナ
カソール(2-7)と合成したシンカッシオール A(2-6)の各種スペクトルを比較したところ極めて良い一致を示し、2-7 は 2-6 と同一化合物であり、提唱構造が誤りであることを明らかにした。さらに、2-26から誘導した 2-28 の X 線結晶構造解析により、未決定であった 2-5 および 2-6 の C13 位立体化学を決定した。
2-9 から、様々な保護基を制御しながら、極めて立体的に混み入った C2, 3 位を化学・立体・位置
選択的に官能基化することで、リアノダンジテルペン 2-1–2-6 の網羅的全合成を実現した。これにより、我々が開発した合成戦略の一般性の高さを示した。
本研究成果は、多様なリアノダンジテルペン誘導体の供給を可能とし、リアノダンジテルペンを基盤とした創薬科学研究への展開が期待される。
2-2. プベルリン C の合成研究
プベルリン C (2-29)は、キンポウゲ科の植物 Aconitum barbatum var. puberulum から単離された C19ジテルペンアルカロイドである。2-29 は、高度に縮環した 6 環性骨格上に、3 個の第四級炭素を含む 12 個の連続する不斉中心を有する。その複雑な構造のため、2-29 の全合成は有機合成化学的に極めて挑戦的な課題である。我々は、効率的な 2-29 の骨格構築法の確立を目的とし、モデル化合物
2-30 を合成標的として設定した。2-30 は 2-29 と同一の 6 環性骨格を有し、C1, 5, 6, 7 位の酸化段階
が 2-29 と異なる。我々は、タンデムラジカル環化と向山アルドール型環化を鍵反応とすることで2-30 の効率的合成に成功した。
2-30 の逆合成解析を Scheme 2-4 に示す。6 環性化合物 2-30 は向山アルドール型の環化反応を用いた D 環構築により、5 環性化合物 2-31 から導けると考えた。2-31 の 5 環性骨格は、我々が独自に見出したタンデムラジカル環化を適用することで、3 環性化合物 2-32 から一挙に合成できると予想した。アセタール 2-32 は、C 環および 2 つの炭素鎖の導入を経て、2 環性化合物 2-33 から誘導する計画を立てた。2-33 は Mannich 反応を利用して、シクロヘキサノン 2-34 から導くこととした。
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Scheme 2-4. The structure of puberuline C (2-29) and retrosynthetic analysis of model compound 2-30.
シクロヘキサノン 2-34 から 10 工程の変換により、5 環性化合物 2-42 を合成した(Scheme 2-5)。まず、2-34 のケトン α 位を臭素化した後、エチルアミンとホルムアルデヒドを用いた連続 Mannich 反応により、2 環性化合物 2-33 を合成した。続いて、2-33 のケトンに対し、プロパルギルマグネシウ
ムブロミドを立体選択的に付加させてアルキン 2-35 とした。2-35 に対して、薗頭カップリングにより C 環を連結し、3 環性化合物 2-36 を得た。2-36 の内部アルキンを位置・立体選択的にヒドロスタ
ニル化し、ビニルスズ 2-37 へ導いた後、Stille カップリングによって、導入した C8 位スタニル基をアリル基へと変換した。トリエン 2-38 の末端二重結合を化学選択的にジヒドロキシ化し、得られたジオールの酸化的開裂により、アルデヒドを合成した。アルデヒドをジベンジルアセタール化する
ことで、環化基質 2-32 を得た。2-32 をトルエン中加熱還流下、トリブチルスズヒドリドと V-40 で処理したところ、タンデムラジカル環化が進行し、5 環性化合物 2-42 が 54%の収率で得られた。本反応により、2 つの環構造と、2 つの第四級炭素を含む 5 つの立体中心の同時構築に成功した。本反応機構を以下のように推定した。まず、2-32 から生じた橋頭位ラジカル 2-39 が、分子内のエノンに付加して B 環が形成され、アリルラジカル 2-40 が生じる。次いで、2-40 の C7 位ラジカルによるC17 位水素原子の引き抜き、すなわち[1,5]-水素移動が進行し、ラジカル 2-41 となる。このラジカルが再び、分子内のエノンに付加することで、F 環が形成され、2-42 が生成したと考えた。

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Scheme 2-5. Synthesis of pentacyclic compound 2-42.
2-42 から D 環の構築を経て、モデル化合物 2-30 を合成した(Scheme 2-6)。まず、2-42 をシリルエ
ノールエーテル化し、2-31 とした。Lewis 酸を種々検討した結果、2-31 に対して四塩化スズを作用させた場合に、向山アルドール型の環化反応による D 環構築が進行し、6 環性化合物 2-43 を合成できることがわかった。以上により、非常に歪みの大きい 2-30 の 6 環性骨格を構築した。次に、CD環の官能基変換を行った。まず、2-43 の C 環上のケトンを立体選択的に還元した後、生じた第 2 級ヒドロキシ基をメチル化することで、2-44 へ導いた。2-44 のベンジル基を接触水素化によって除去し、生じた第 2 級ヒドロキシ基を酸化して、2-45 を合成した。2-45 のケトンをヨウ化サマリウムにより還元したところ、C16 位に所望の立体化学を有する 2-47 を得た。最後に、2-47 の第 2 級ヒドロ
キシ基をメチル化することで、モデル化合物 2-30 の合成を完了した。
タンデムラジカル環化および向山アルドール型環化を鍵反応として、2-29 の 6 環性骨格と 10 個の不斉中心を有するモデル化合物 2-30 を 2-34 から 18 工程で合成した。本合成は、2-29 の有する 6環性骨格の構築の初めての成功例である。今後は、開発した本合成法を 2-29 の全合成へ適用する。

Scheme 2-6. D-ring construction and synthesis of model compound 2-30.
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2-3. タラチサミンの ABCDE 環の合成
タラチサミン(2-48)は、電位依存性カリウムチャネル選択的な阻害活性を有する C19-ジテルペンアルカロイドである。プベルリン C と構造は類似しているが、2-48 は 5 員環である F 環を有する点で、6 員環 F 環を有するプベルリ
ン C と異なる。我々は、プベルリン C の合成で利用した橋頭位ラジカルを異なる反応様式で用いる事で、2-48 の縮環構造が合成できると考え、研究に着手した。
Scheme 2-7 に 2-48 の合成計画を示す。2-48 の D および F 環は合成の最終段階で構築することとし、
4 環性化合物 2-49 を鍵中間体として設計した。2-49 が有する 7 員環と立体的に込み入った位置にある C11 位第四級炭素は、橋頭位ラジカル 2-50 の 7-endo ラジカル環化を用いることで合成できると予想した。この場合、分子内に二重結合を 1 つしか有さない 2-51 を中間体として設定することで、プベルリン C の合成研究で確立した連続環化反応を起こすことなく、7 員環の B 環を構築できると予想した。2-50 の前駆体となる 2-51 は、2 環性化合物 2-33 より C 環の連結を経て導くこととした。

Scheme 2-7. Synthetic plan of 2-48.
2-33 のケトンに対してアリルマグネシウムブロミドを付加させた後、生じたヒドロキシ基を TMS
エーテルとして保護した(Scheme 2-8)。2-52 の二重結合をヒドロホウ素化・酸化し、得られた第一級
アルコールを酸化することでアルデヒド 2-53 を合成した。2-53 に対して C 環を付加させてアリル
アルコール 2-54 とし、第二級ヒドロキシ基の酸化を経て環化基質 2-51 を得た。2-51 をトリブチル
スズヒドリドとラジカル開始剤である V-70 で処理すると、予想通り 7-endo ラジカル環化反応が進行し、5/7 員環がシス縮環した 4 環性化合物 2-49 を与えた。2-49 はシリカゲルカラムによる精製に対して不安定であり、ケタールの E1cB 脱離により生成するエノール 2-55、および 5/7 員環がトランス縮環した化合物 2-56 へと容易に異性化した。2-55 を水素化ナトリウムで処理して 2-56 へと変換し、2-51 から 2 工程 78%の収率で 2-56 を得た。以上のように、環化基質を再設計することで目的とした 4 環性化合物の合成に成功した。続いて、D 環の構築に着手した。4 工程にて 2-56 を 2-57へと変換し、カルボニル位にある第三級ヒドロキシ基を塩基性条件で脱離させ、エノン 2-58 を合成した。化学量論量の四酸化オスミウムによって 2-58 の四置換二重結合を立体選択的にオスミウム
エステルへと変換した後、亜硫酸水素ナトリウムを用いて加水分解することで、5/7 員環のシス縮環構造と C8 位アルキニル基を有する化合物 2-59 を単一化合物として得た。2-59 から 3 工程にて TBS
エノールエーテル 2-60 を合成した。2-60 をフェニルセレニルクロリドで処理したところ、TBS エ
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ノールエーテル存在下、ビニル基が化学選択的に活性化されて 6-endo 環化が進行し、D 環を有する化合物 2-62 が単一成績体として得られた。2-62 を 3 工程にて 2-63 へと変換し、タラチサミンが有する 5 環性骨格の構築に成功した。今後は、2-63 から 2-64 を合成した後、窒素原子の酸化に続く、
aza-Prins 反応によって F 環を構築する。

Scheme 2-8. Synthesis of pentacyclic compound 2-63.
3. 天然物類縁体の網羅的全合成と機能解析強力な生物活性を有する天然物は、医薬品等の有用な生体機能分子を創出するための非常に優れた構造基盤であると言える。また、これを実現するために天然物の複雑な機能を詳細に理解するこ
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とは重要であり、効率的な類縁体合成と機能解析がそのための有効な手段の 1 つである。したがって、我々は天然物の構造と機能をモチーフとした天然物類縁体の網羅的全合成と機能解析を課題として研究を遂行している。本年は、強力ながん細胞増殖阻害活性を有するヤクアミド B、抗菌ペプ
チドライソシン E、イオンチャネル形成ペプチドであるポリセオナミドの類縁体の網羅的合成と機能解析を推進した。以下に、ライソシン E およびポリセオナミドについてその詳細を示す。
3-1. ライソシンE類縁体の合成と機能評価
近年、様々な耐性菌の出現が医療現場において問題となっており、交差耐性を生じない新規作用機序を有する抗生物質の開発は創薬上重要な課題である。ライソシンE (3-1、Figure 3-1)は、Lysobacter
属細菌の培養上清から単離・構造決定された新規抗菌環状ペプチド天然物である。3-1はメチシリン
耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)に対して4 μg/mLの最小発育阻止濃度(MIC)で抗菌活性を示す。3-1は既存の抗生物質とは異なり、黄色ブドウ球菌の細胞膜に存在し電子伝達系に必須の補酵素であるメナキノン(MK, Figure 3-1)を標的とし、細菌細胞膜破壊活性を有することが明らかにされている。一方
で、3-1はヒトの電子伝達系で用いられるユビキノン(UQ, Figure 3-1)とは相互作用しないため、3-1の細菌選択性はMKを標的とすることに起因すると考えられている。しかし、3-1の強力な抗菌活性発現に重要な構造要件についてはこれまで明らかにされていなかった。そのため、本研究は3-1の網羅的な構造活性相関により、作用機序に関連する側鎖官能基を明らかにすることを目的とした。

Figure 3-1. Structures of lysocin E (3-1), analogues 3-2–3-16, menaquinone-4 (MK-4, 3-17), andubiquinone-10 (UQ-10, 3-18).
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3-1の側鎖官能基の重要性を評価するために、3-1の側鎖構造類縁体の設計・合成を行った。設計に先立ち、3-1、MK、およびリン脂質間に(1)塩基性のアルギニン側鎖グアニジンと酸性のグルタミ
ン酸側鎖カルボン酸またはリン脂質の極性頭部との静電相互作用、(2)フェニルアラニン側鎖ベンゼ
ン環またはトリプトファン側鎖インドール環と、MKのナフトキノン環との芳香環相互作用、(3) N
末端脂肪酸鎖とMKのイソプレン鎖またはリン脂質脂肪酸鎖との疎水性相互作用の3つの相互作用の存在を仮定した。これらの寄与を評価するために、14種類の類縁体3-2–3-7および3-9–3-16を設計した(Figure 3-1)。
多種の誘導体を効率的に得るため、1工程の化学選択的変換により、天然物である3-1、アミン体
3-4、3-8、3-40bおよび3-40c (Scheme 3-1)から類縁体3-2および3-3、3-5–3-7、3-9–3-14、3-15および3-16へ誘導することとした。また、Fmoc固相合成戦略の適用により、煩雑な中間体の精製工程を最小限にし、主鎖構造の効率的な構築を実現することを目指した。さらに、化合物3-25 (Figure 3-2)を固相
合 成 に 用 い る こ と で 、 3-1 お よ び 3-4 の ア シ ル 鎖 の 導 入 を 行 っ た (Scheme 3-1 、
3-22→3-34a/b→3-35a/b→3-36a/b→3-1または3-4)。一方、固相合成後に脂肪酸鎖を導入するため、化合物3-30を固相合成に用いることでエステル結合およびBoc保護アミンを主鎖に導入した(Scheme
3-1、3-22→3-34aまたは3-37→3-38a/b→3-39a-c→3-8または3-40b/c)。これらの合成戦略を適用することで、3-1、3-4、3-8、3-40b、および3-40cをそれぞれ8.0、6.1、26、6.5および12%の総収率で合成した。続いて、液相での化学選択的変換反応を、合成した無保護ペプチドに対して実施した。PyBOP
存在下、3-1に3-41または3-42を縮合させると、それぞれ48および44%の収率でアミド類縁体3-2および3-3が得られた。また、3-43、3-44および無水酢酸をそれぞれ3-4に作用させることで、ジメチルグ
アニジン(3-5)、ウレア(3-6)およびアセチル(3-7)類縁体をそれぞれ46、58および27%の収率で得た。
さらに、クロロぎ酸イソブチルおよびN-メチルモルホリン存在下、3-45–3-51から調製した活性エス
テルを3-8、3-40bおよび3-40cに作用させることで、3-9、3-10、3-11、3-12、3-13、3-14、3-15および
3-16をそれぞれ34、51、29、33、41、25、22および34%の収率で得た。

Figure 3-2. Building blocks for total synthesis of 3-1 and analogues 3-2–3-16.
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Scheme 3-1. Preparation of 3-1 and analogues 3-2–3-7 and 3-9–3-16.
続いてMK選択的なリポソーム破壊活性および黄色ブドウ球菌に対する抗菌活性試験により、3-1
およびその類縁体の機能を統一的に評価した。MK選択的な膜破壊活性を細菌膜模倣系で評価する
ため、1.25 mol%のMK-4 (3-17)またはUQ-10 (3-18)とホスファチジルコリン/ホスファチジルグリセロール(1:1)で構成されるリポソームを調製した。カルボキシフルオレセイン(CF)を蛍光指示薬として
リポソームに封入し、類縁体によって生じた膜破壊活性を、放出により希釈されたCF分子由来の蛍光増大によって評価した。

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結果として、大部分の類縁体においてTable 3-1. Membrane-disrupting and antimicrobial activities of the natural 3-1,
analogues 3-2–3-7 and 3-9–3-16.

3-17含有リポソームに対する選択的膜破壊

membrane disruption [%]活性が観測された(Table 3-1)。天然物3-1は、compounds

2.5 μMにおいて62%の膜破壊活性および41.25 mol% 3-17[a]

2.5 M

μg/mLのMICを示した。カルボン酸を中性の10  M

MIC [g/mL][b]1.25 mol% 3-18[a]

2.5  M[a]

10  M

[a]

3-1

62

1.0

4

膜破壊活性(3-2: 64%、3-3: 93%)および抗菌

3-2

64

0

4

活性(MIC 3-2: 4 μg/ mL、3-3: 2 μg/mL)は低下

3-3

93

0

2

3-4

62

2.2

4

3-5

55

5.1

4

3-6

7.4

0.9

8

(3-4: 62%、3-5: 55%)および抗菌活性(MIC3-70

3-4、3-5: 4 μg/mL)を維持した。一方、中性

3-9

51

0

16

3-10

48

0

4

破壊活性(3-6: 7.4%、3-7: 0%)および抗菌活

3-11

65

0

2

性(MIC 3-6: 8 μg/mL、3-7: 16 μg/mL)の低下

3-12

62

0

4

3-13

42

0.7

4

C2 (3-9)、C4 (3-10)、C6 (3-11)、C7 (3-12)お

3-14

20

0

32

よびC9 (3-13)の脂肪酸鎖類縁体は、いずれ

3-15

0.8

65

0

0

8

も同様の膜破壊活性(3-9: 51、3-10: 48、3-11:

3-16

0

0

0

0

>128

65、3-12: 62、3-13: 42％)を示したが、C11[a] Final concentration of peptides. [b] Minimal concentration required to inhibit cell
growth of methicillin-susceptible S. aureus.

アミドに変換した3-2および3-3においては、しなかった。また、塩基性のグアニジンを同じく塩基性のアミン(3-4)またはジメチル
グアニジン(3-5)に置換すると、膜破壊活性のウレア(3-6)およびアミド(3-7)体では、膜が見られ、塩基性側鎖の重要性を示唆した。

9.3

0

0

16

脂肪酸鎖類縁体3-14は、より低い膜破壊活性(20%)を示した。リポソーム実験では顕著な差は見られなかったものの、脂肪酸鎖の炭素鎖長は抗菌活性に影響した(MIC 3-10–3-13: 2–4 μg/mL、3-9: 16 μg/mL、3-14: 32 μg/mL)。これらの結果は、高い抗菌活性発現にC4–C9の炭素鎖が重要であることを示唆した。ベンゼン環除去体3-15は膜破壊活性(10 μM: 65%)および抗菌活性(MIC 8 μg/mL)の低下を示すに留まった。一方で、インドール環除去
体3-16においては膜破壊活性(10 μM: 0%)および抗菌活性(MIC >128 μg/mL)が完全に失われたことか
ら、3-1のインドール環がMK選択的な膜破壊活性および抗菌活性の発現に最も重要であることが強く示唆された。以上の結果は、3-1の塩基性のグアニジンおよび疎水性の脂肪酸鎖が、細菌リン脂質の酸性極性頭部および疎水性脂肪酸鎖とそれぞれ相互作用すること、またMKの電子不足なナフト
キノン環と3-1の電子豊富なインドール環が芳香環相互作用を生じることで3-1-MK複合体を形成し、細菌膜の傷害を引き起こすことを示唆した。
3-2. ポリセオナミド類縁体の合成と機能評価
ポリセオナミド B (3-52、Figure 3-3)は 48 の D 体・L 体のアミノ酸残基が交互に配列する巨大ペプ
チド天然物であり、高度にメチル化・酸化された特異な側鎖構造を有する。3-52 は、長さ 4.5 nm、内径 0.4 nm の6.3 ヘリックスを形成することが知られている。また、1 価カチオンが通過するイオ
ンチャネルとして機能し、P388 マウス白血病細胞に対して非常に強力な細胞毒性(IC50 = 0.098 nM)
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を示す。我々はこれまでに 3-52 の特異な生物活性を模倣し、より簡便な合成と分子機能解析を可能とする目的で、ポリセオナミド模倣ペプチド 3-53 (Figure 3-3)の合成・機能解析研究を実施している。
合成した 3-53 は、ポリセオナミド B と同様のイオンチャネル機能とマウス白血病細胞に対する細胞毒性を示した一方で、細胞毒性は 3-52 の 1/120 に減弱した。本研究は 3-52 の有する生物活性を構造改変により増強することを目的として実施した。
イオン透過活性と細胞毒性という 3-53 の 2 つの機能に着目し、イオン透過活性が細胞毒性を規定すると予想した。ここで、イオン透過活性に影響を及ぼす要因として、疎水性により規定される脂質膜中のペプチド濃度とヘリックスの形成するポアにより規定される単一チャネルコンダクタンスの 2 つを想定し、構造改変によってこれらを制御することとした。構造改変部位として、ヘリック
スポア近傍に存在する N 末端および第 44 残基側鎖を選択し、7 つの類縁体 3-54–3-60 を設計した。

Figure 3-3. Structures of polytheonamide B (3-52), dansylated polytheonamide mimic 3-53, analogues
3-54–3-60, and protected intermediates 3-61–3-66.
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64 －

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具体的には、物理化学的特性を変化させるため、3-53 の第 44 残基側鎖ダンシル基上のジメチルア
ミノ基を水素またはカルボン酸にそれぞれ置換した類縁体 3-54 および 3-55、3-53 の N 末端にアンモニウムカチオン、カルボン酸、ピバロイル基またはパルミトイル基をそれぞれ導入した類縁体3-56–3-59 を設計した。さらに、3-52 の第 44 残基側鎖ダンシル基上のジメチルアミノ基を水素に、
N 末端をパルミトイル基に置換した類縁体 3-60 を二箇所同時改変体として設計した。

Scheme 3-2. Total synthesis of analogues 3-54–3-60.
これら類縁体を固相合成と液相合成を組み合わせた統一的合成戦略により構築した(Scheme 3-2)。まず、Huisgen 環化を用いてフラグメント 3-74–3-76 を調製した。
第 44 残基側鎖改変体 3-54 および 3-55
は、アミン 3-74 または 3-75 を硝酸銀を用いてチオエステル 3-70 と縮合し、脱保護することでそれ
－－Ｘ－
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ぞれ合成した。また、3-76 を硝酸銀を用いて 3-71 と縮合し、N 末端の Fmoc
基を除去することで N 末端改変体の共Table 3-2. LogD7.4, proton conductance, H+/Na+ transport, and cytotoxicity values of
peptides 3-52–3-60.
[b]compounds[a]

LogD7.4

通中間体 3-64 を得た。このアミン 3-64



-

H+/Na+
transport[c](%)

conductance (pS)

cytotoxicity/IC50
[d]
(nM)

に対し、酸無水物または酸塩化物を用

3-52

5.22

163

96.8

48

0.098

いてアシル化し、脱保護することで N

3-53

4.91

74.7

69.5

45

12

末端改変体 3-56–3-59 をそれぞれ合成

3-54

5.55

75.8

65.6

53

0.54

した。二箇所同時改変体 3-60 は、3-74

3-55

4.89

72.1

69.4

40

6.3

を硝酸銀を用いて 3-71 と縮合し、N 末

3-56

3.14

64.0

61.8

9

83

端の Fmoc 基を除去した中間体 3-66 に

3-57

3.75

72.2

80.3

11

107

対し、対応する酸無水物を用いてアシ

3-58

3.83

74.7

69.3

21

26

ル化し、脱保護することで合成した。

3-59

5.56

72.6

58.2

51

0.84

3-53–3-60 の疎水性、単一チャネルコ

3-60

5.60

83.1

82.6

55

0.16

ンダクタンス、リポソームを用いた H+/Na+透過活性、P388 に対する細胞毒性をそれぞれ評価した(Table 3-2)。3-53–3-60 の疎水性を LogD7.4 値により評価したところ、これらは 3.14–5.60 の値を示し、構造改変により疎水性が大きく変化することが明らかとなった。一方で、3-53–3-60 の単一チャネル
コンダクタンスは同様の値を示し、3-53–3-60 の形成するポアの性質は変化しないことが示唆された。
また、3-53–3-60 のリポソーム中の H+/Na+透過活性は 9–55%まで大きく変化し、疎水性と相関が見られた。さらに、3-53–3-60 の細胞毒性(IC50)は、0.16–107 nM の幅を持ち、H+/Na+透過活性との相関が認められた。以上より、分子の疎水性により変化する脂質二重膜中のペプチド濃度が H+/Na+透過活性を規定し、これにより細胞毒性が制御されることが示唆された。また、N 末端および 44 残基側鎖に疎水性官能基を導入した 3-60 は、3-52 と同等の強力な細胞毒性(IC50 = 0.16 nM)を示した。この結果は、ポリセオナミドの有する多様な機能を構造改変により制御するための設計原理に関わる示唆として重要である。

教育の概要
有機反応化学教室が学部で担当した講義は、有機化学Iおよび医薬化学Iである。有機化学Iでは、駒場における一般教養の有機化学から薬学部における専門教育としての有機化学への架け橋として、
立体化学・構造化学の基本的概念に関し、基礎事項ならびにその適用例について解説し、有機化学の基礎理論の習得を目指す。医薬化学Iでは、標的分子(医薬品や天然物などの有機分子)に対する合成方法・戦略を立案するための基礎(逆合成・反応の選択性制御など)を学ぶ。大学院の授業は、基
礎薬科学特論Iとして、最先端の有機合成化学研究を紹介、解説する。具体的には、複雑な有機分子における配座の制御、配座と反応の選択性、天然物の全合成に関して、歴史的な例と最先端の成果を交え講義を行っている。
学部生対象の「薬学実習I」において、「アミノ酸合成」を担当している。ここでは、それまでの実習において習得した有機化学実験を行うための基本的実験操作を組み合わせ、多段階の構造変換
反応を経て、重要な生体内物質であるアミノ酸(フェニルアラニン)の合成を行っている。通常の有

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－
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機化合物とは異なる性質を示す水溶性有機化合物を、高収率・高純度にて合成するために必須となる実験技術、および危険な薬品の適切な取り扱いの習得を、教育の重点としている。
教室配属の学部学生および大学院生の研究に関する教育は、最先端の有機化学研究への参画を通じて行なっている。当研究室では、新規反応開発、生物活性物質の全合成、生物活性物質の機能解析といった創薬における不可欠な一連の研究を行っていることから、各々の研究課題における深い
専門性と共に、周辺分野の知識取得によって、有機合成化学を基盤とした幅広い意味での創薬化学を教育している。有機合成は、当教室の根幹分野であるため、学部配属時には、早急に知識・技術が習得できるように、特に密に教育をおこなっている。また、合成した有機分子の構造、生物作用を高い分解能で解析し、その分子特性を自力で理解できるように、機器分析、生物活性測定の理解にも力を入れている。教室内で、相互が研究テーマの意義・方向性を理解し、研究上の問題解決能力の開発を促進するために、一ヶ月に1回の研究発表を全員に課している。また、論文紹介により、最先端の研究成果の理解とプレゼンテーション能力の向上を、有機反応機構の問題会を通じ、知識習得を促進している。年度末には学位論文を提出しない全ての学生にも1年間の研究成果をAnnual
Reportとして提出させることで、実験データ集積の訓練や自己の研究活動の客観的な自己評価と未来へ向けた計画立案をさせている。研究成果を国内外の学会で積極的に発表、討論する事による研究発表能力やコミュニケーション能力の向上を目指している。

自己点検・評価
井上教授は、有機反応化学教室を主宰し、研究室の多岐にわたるテーマを統合的に処理し、強力に推進している。業績面では、様々な成果が、多くの一流国際誌に掲載されて国際的に高い評価を得た。また、国内外の教育研究施設で数多くのセミナー・講演・講義を行った。様々な一流国際誌の査読に携わると共に、The Journal of Organic ChemistryのAssociate Editor、The Chemical RecordのEditorial Board、Natural Product ReportsおよびOrganic Chemistry FrontiersのAdvisory Board、またTetrahedron/Tetrahedron LettersのConsulting Editorを務めた。教育面では、有機化学I (学部)の全体と医薬化学I (学部)の半分、基礎薬科学特論I (大学院)の三分の一を担当した。さらに、長崎大学の集中講義を担当し、四半世紀記念万有シンポジウムの実行委員を務め、Cambridge-UTokyo Strategy
Partnership Symposium on Chemistry and Chemical Biologyを主宰した。
占部講師はラジカル反応や環化付加反応を利用した独自性の高い炭素環連結法の開発と、複雑な構造を有する天然有機化合物の全合成研究を行っている。
今年度は、極めて複雑な構造を有するC19ジテルペンアルカロイドの骨格構築法の開発に成功した。教育面では、薬学部における薬学実習I、薬学科学生を対象とした実務実習事前学習を担当した。また、研究室に所属する学部、大学院学生の実験指導を行った。
長友助教は研究室に所属する学部、大学院学生の指導を行うとともに、研究面においては、複雑な構造を有する天然有機化合物の効率的な全合成を志向した新規反応の開発および応用展開を担当した。本年度の成果は以下の通りである。(1) 有機アシルテルリド化合物を炭素ラジカル前駆体として用いて、高酸化度化合物の脱一酸化炭素を伴う分子間ラジカル-ラジカルカップリング反応を開発した。実験操作の単純さ、反応条件の穏和さ、基質一般性の高さ、およびアシルテルリドの原料

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となるカルボン酸の入手容易さから汎用性の高い合成反応である。(2) 統一的合成戦略を用いて、官能基密集型天然物であるリアノダンジテルペンの網羅的全合成を達成した。教育面では薬学実習
Ｉ(学部3年生対象)を担当した。有機化学合成的な実験技術の習得のみならず、薬品や実験器具の取り扱い方など、安全に有機化学実験を遂行するための知識も指導し、有機化学の基礎を学生に理解してもらうことに努めた。また、教養学部1年生を対象とした初年次ゼミナール理科を担当し、創薬における有機化学の貢献を通して、アクティブラーニングの授業を実施した。
伊藤助教はペプチド系天然物を基盤とした高活性類縁体の創出、これらの作用機序解明と創薬への応用を目指したケミカルバイオロジー研究を行っている。今年度は、(1)ヤクアミドの全合成戦略を用いたヤクアミド類縁体の網羅的合成と構造活性相関研究、(2)抗菌活性を有するライソシンE類
縁体合成と機能解析、(3)イオンチャネル形成ペプチドであるポリセオナミドの類縁体合成と機能解析を推進し、それぞれを学術論文として発表した。(1)および(3)はそれぞれの投稿誌において2016
Hot Article、Very Important Paperとして選出された。教育面では教養課程における化学薬学概論の一部について担当した。薬学実習Ⅰにおいては、学部3年生に対する実験指導を担当した。また、研究室に所属する学部、大学院学生の実験指導を行った。

学 術 論 文1) M. Nagatomo, K. Hagiwara, K. Masuda, M. Koshimizu, T. Kawamata, Y. Matsui, D. Urabe, M. Inoue,"Symmetry-Driven Strategy for the Assembly of the Core Tetracycle of (+)-Ryanodine: Synthetic Utilityof a Cobalt-Catalyzed Olefin Oxidation and α-Alkoxy Bridgehead Radical Reaction," Chem. Eur. J. 2016,
22, 222-229.
2) K. Masuda, M. Koshimizu, M. Nagatomo, M. Inoue, "Asymmetric Total Synthesis of (+)-Ryanodol and(+)-Ryanodine," Chem. Eur. J. 2016, 22, 230-236.
3) M. Koshimizu, M. Nagatomo, M. Inoue, "Unified Total Synthesis of 3-epi-Ryanodol, Cinnzeylanol,
Cinncassiols A and B, and Structural Revision of Natural Ryanodol and Cinnacasol," Angew. Chem., Int.
Ed. 2016, 55, 2493-2497.
4) A. Hayata, H. Itoh, S. Matsutaka, M. Inoue, "Dual Chemical Modification of a Polytheonamide Mimic:
Rational Design and Synthesis of Ion-Channel-Forming 48-mer Peptides with Potent Cytotoxicity," Chem.
Eur. J. 2016, 22, 3370-3377.
5) F. Zhao, X. Li, L. Jin, F. Zhang, M. Inoue, B. Yu, Z. Cao, "Development of a Rapid Throughput Assay for
Identification of hNav1.7 Antagonist Using Unique Efficacious Sodium Channel Agonist, Antillatoxin,"
Mar. Drugs 2016, 14, 36.
6) K. Hagiwara, T. Tabuchi, D. Urabe, M. Inoue, "Expeditious Synthesis of the Fused Hexacycle ofPuberuline C via a Radical-Based Cyclization/translocation/cyclization Process, Chem. Sci. 2016, 7,
4372-4378.
7) K. Masuda, M. Nagatomo, M. Inoue, "Chemical Conversion of Ryanodol to Ryanodine," Chem. Pharm.
Bull. 2016, 64, 865-873.
8) D. Kamimura, M. Nagatomo, D. Urabe, M. Inoue, "Expanding the Scope of Et3B/O2-Mediated Coupling
Reactions of O,Te-Acetal," Tetrahedron 2016, 72, 7839-7848.
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9) H. Mutoh, Y. Sesoko, T. Kuranaga, H. Itoh, M. Inoue, "The Total Synthesis and Functional Evaluation of
Fourteen Stereoisomers of Yaku’amide B. The Importance of Stereochemistry for Hydrophobicity andCytotoxicity," Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 4199-4204.
10) T. Tabuchi, D. Urabe, M. Inoue, "Construction of the Fused Pentacycle of Talatisamine via a Combinationof Radical and Cationic Cyclizations," J. Org. Chem. 2016, 81, 10204-10213.
11) S. Matsumura, Y. Matsui, M. Nagatomo, M. Inoue, "Stereoselective Construction of Anti- andSyn-1,2-diol Structures via Decarbonylative Radical Coupling of α-Alkoxyacyl Tellurides," Tetrahedron
2016, 32, 4859-4866.
12) T. Kaji, M. Murai, H. Itoh, J. Yasukawa, H. Hamamoto, K. Sekimizu, M. Inoue, "Total Synthesis andFunctional Evaluation of Fourteen Derivatives of Lysocin E: Importance of Cationic, Hydrophobic, andAromatic Moieties for Antibacterial Activity," Chem. Eur. J. 2016, 22, 16912-16919.
13) D. K. Inaoka, M. Iida, T. Tabuchi, T. Honma, N. Lee, S. Hashimoto, S. Matsuoka, T. Kuranaga, K. Sato, T.
Shiba, K. Sakamoto, E. O. Balogun, S. Suzuki, T. Nara, J. R. Rocha, C. A. Montanari, A. Tanaka, M.
Inoue, K. Kita, S. Harada, "The Open Form Inducer Approach for Structure-Based Drug Design," PLOS
ONE 2016, 11, e0167078.

総 説・著 書1) D. Urabe, T. Asaba, M. Inoue, "Asymmetric Total Synthesis of Crotophorbolone: Construction of the
5/7/6-Fused Ring System via an α-Alkoxy Bridgehead Radical Reaction," Bull. Chem. Soc. Jpn. 2016, 89,1137-1144.
2) 長友優典, 井上将行, "リアノジン類の統一的全合成-多様性を志向した共通中間体の設計戦略,"

化学 2016, 71 (4), 47-48.

受 賞
1)

井上将行, Asian Core Program Lectureship Award 2016 (Thailand and Taiwan)2)

浅羽太郎(博士課程3年), “チグリアン・ダフナンジテルペンの網羅的合成研究”
日本薬学会第136年会学生優秀発表賞

3)

萩原浩一(博士課程2年), “Synthetic Study of Puberuline C”
6th Junior International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (JICCEOCA-6)
Poster Presentation Award4)

廣瀬哲(修士課程1年), “チグリアン・ダフナンジテルペン類の合成研究”
第71回有機合成化学協会関東支部シンポジウム若手講演賞

招 待 講 演
1) M. Inoue, "Total Synthesis and Biological Evaluation of Peptide Natural Products," The 8th Takeda
Science Foundation Symposium on PharmaSciences, Biomolecule-Based Medicinal Science: Featuring
Mid-Size Drugs, Center for Learning and Innovation, Takeda Pharmaceutical Company, Ltd., Osaka,
Japan, January 21, 20162) M. Inoue, “Radical-Based Approach for Synthesis of Complex Natural Products,” (ACP Lectureship),
－－Ｘ－
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Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China, May 23, 2016.
3) M. Inoue, “Radical-Based Approach for Synthesis of Complex Natural Products,” (ACP Lectureship),
The University of Hong Kong, Hong Kong, China, May 24, 2016.
4) M. Inoue, “Radical-Based Approach for Synthesis of Complex Natural Products,” (ACP Lectureship),Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China, May 25, 2016.
5) M. Inoue, “Radical-Based Approach for Synthesis of Complex Natural Products,” The 1st PKU-WuXi
AppTec Symposium of Organic Chemistry, Peking University, Beijing, China, October 22, 2016.
6) 井上将行, "ラジカル反応の活用による複雑分子構築の単純化," 第 5 回 慶應義塾大学戦略的研
究基盤形成支援事業シンポジウム, 有機合成化学ー効率化と環境調和性ー, 慶應義塾大学(神奈
川県, 横浜市), 2016 年 3 月 14 日
7) 井上将行, "ペプチド系天然物中分子の合成・機能・活性," 日本化学会第 96 春季年会 反応集積化による生体機能中分子の効率合成, 同志社大学(京都府, 京田辺市), 2016 年 3 月 27 日
8) 井上将行, "ラジカル反応の活用による複雑分子構築の単純化," 天然物談話会, 東映ホテル(新潟県, 南魚沼郡, 湯沢町), 2016 年 7 月 8 日
9) 井上将行, "複雑な化合物を合成するときの合成戦略," 化学技術基礎講座・製品開発に必要な有機合成化学の基礎, 日本化学会館(東京都, 千代田区), 2016 年 10 月 7 日
10) 井上将行, "ラジカル反応の活用による複雑分子構築の単純化: 橋頭位ラジカルの利用," 長崎大学(長崎県, 長崎市), 2016 年 11 月 11 日
11) 占部大介, "ラジカル反応を基盤としたチグリアン・ダフナンジテルペン類の合成戦略," 日本薬学会第 136 年会シンポジウム 天然物ケミカルバイオロジー(4)：天然物合成とケミカルバイオロ
ジー, パシフィコ横浜(神奈川県, 横浜市), 2016 年 3 月 29 日
12) 占部大介, "タンデムラジカル環化を用いたプベルリン C の合成研究," 日本薬学会第 60 回関東支部若手シンポジウム, 東京大学(東京都, 文京区), 2016 年 9 月 17 日
13) 長友優典, "リアノダンジテルペンの網羅的全合成," 有機合成化学協会関東支部若手セミナー,
東京大学(東京都, 文京区), 2016 年 7 月 30 日

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◆ 有機合成化学教室 ◆教 授

金井 求（かない・もとむ）

平成１年東京大学薬学部卒、平成 4 年同大学院薬学系研究科博士課程中退
前職：東京大学大学院薬学系研究科准教授、理学博士

講 師

生長 幸之助（おいさき・こうのすけ）

平成 15 年東京大学薬学部卒、平成 20 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

講 師

川島 茂裕（かわしま・しげひろ）

平成 15 年東京大学理学部卒、平成 20 年同大学大学院理学系研究科博士課程修了
理学博士

助 教

清水 洋平（しみず・ようへい）

平成 18 年東京大学薬学部卒、平成 23 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

助 教

山次 健三（やまつぐ・けんぞう）

平成 17 年東京大学薬学部卒、平成 22 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

研究の概要
近年の生物科学の進歩により多くの創薬ターゲットの分子機構が解明されてきている一方で、優れた薬理作用が期待できる分子であっても複雑な構造を持つために合成コストが高くなり、医薬品の開発候補から除外されてしまうことがある。
分子構造の多様性は本来無限であるにもかかわらず、合成技術の問題から医薬候補になる分子構造は限定されているからである。我々は、このような創薬の現状に対し、「触媒」をキーワードとして医薬品開発に貢献するべく研究に取り組んでいる。
まず第一に、複雑な構造を持つ分子を短工程かつ地球環境を汚染せずに合成できる革新的な新規触媒を開発し、合成技術の問題で排除されてきた分子をも医薬候補物質として利用可能にすることを目指している。これまでの多くの合成法では、反応性の高い官能基がある場合、意図しない反応により触媒の活性が失われることを避けるため官能基を保護する手法を取ってきた結果、合成効率が著しく低下している。これに対し、我々は銅や鉄などの汎用金属を用いた遷移金属触媒の活性が極性官能基により失われにくいことに着目し、官能基の保護が不要となる合成法の確立に取り組んでいる。第二に、我々の開発した触媒的反応を用いることで、既存の有機合成化学では実現できなかった効率の高い生物活性化合物の合成経路の開拓に取り組んでいる。第三に、生物活性物質およびバイオロジカルツールの創製を目指した研究に関しても検討を行っている。第四に、大型予算
ERATO の支援により、人工触媒を応用した新概念疾病治療という「触媒医療」の確立を目指した
研究プロジェクトが進行している。

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1. 配向活性化基を用いる脂肪族アルコールの位置および酸化度選択的 C(sp3 )-H 酸素化反応
ヒドロキシ基近傍に位置する C(sp3)－H 結合を位置選択的に酸素化できれば、医薬候補として魅力的なポリオール群の革新的合成戦略となる。穏和な条件で位置選択的に C(sp3)－H 酸素化を行うべく、電子不足ニトロキシラジカル配向活性化基（反応性を持つ配向基）をアルコールに結合させ、分子内で均等開裂型 C－H 活性化を行う反応を設計した。検討の結果、CF3 置換 N-ヒドロキシイソインドリノン構造が安定性に優れ、良好な収率で γ 位選択的 C－H 酸素化反応が進行することを見いだした。本系は不活性 2 級 C－H、3 級 C－H などの酸素化反応に適用可能である。また、従来型 C－H 酸化条件に耐性のない官能基をもつ基質を用いても、γ 位 C－H 選択的な酸化が進行し、本系の高い官能基受容性が実証されている。配向活性化基の構造を調節することで位置選択性の転換も実現でき、超遠隔位に存在する C－H 結合を選択的に酸素酸化することに世界で初めて成功した。さらには反応条件を金属触媒系から NOx 系に変更することで、一般性や酸化度選択性は改善の余地を残すもののγ位選択的なニトロキシ基導入反応が進行することも見いだした。

2. 非平面型 N-オキシルラジカル触媒を用いるベンジル位 C(sp3)-H 酸素化反応
N-ヒドロキシフタルイミド（NHPI）は sp3 C-H 結合を活性化し、C-O 結合へと変換することに加え、C-C, C-N, C-F 結合へと変換する反応を触媒する。しかしながら、構造変換を行うことにより触媒活性・溶解性を向上させた例は限られている。一方で、上述したような CF3 置換型配向活性化基を触媒的に利用する発想に基づくと、非平面型 N-ヒドロキシル触媒として活用できると考えた。CF3基は脂溶性も高いことから, NHPI の懸念点の一つである有機溶媒への溶解度向上も期待される。同時に NO-H 部位隣接炭素の置換基を変換することで、NO-H 結合の結合解離エネルギーを調節できることも期待された。
様々に合成した触媒をベンジル位酸素酸化反応に使用して比較したところ、電子求引性基のパー
フルオロ芳香環導入およびトリフルオロエタノール置換を行なった 15 が最も良い活性を示した。
芳香環上に様々な官能基が共存する基質においても、ベンジル C-H が選択的に酸化され, 高い官能基許容性を持つことが明らかとなった。また、酸化剤として N-ブロモスクシンイミドをもちいること
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－
72 －

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で、報告例の少ないベンジル位 C-H 結合を標的とする直接エーテル化、Ritter 型反応の開発にも成功した。

3. 金属フリーなトリプトファン選択的タンパク質修飾反応
トリプトファンはほとんどのタンパク質一次配列に含まれる一方、表面露出数が少ない疎水性ア
ミノ酸である。ゆえにトリプトファン選択的な修飾法は、修飾数の制御や修飾位置の予測がしやす
く、立体構造を保ったまま均質性の高い修飾体を与える利点がある。我々は、NOx 活性化条件にてインドール 3 位に対して keto-ABNO の付加反応が進行することを見いだし、金属フリーなトリプト
ファン選択的タンパク質修飾反応を開発した。実際に本系は、均質性の高い試料を必要とするタン
パク質の結晶構造解析へも応用可能であった。keto-ABNO のカルボニル基を介して多彩な機能性分子（蛍光分子・ビオチン・抗ガン剤など）をタンパク質に共有結合させることもできた。また本系を用いて、抗原結合能を損なわずに抗体分子の修飾が可能であることも示した。
Trp
H
N
O

N
H

NOx
O N

H
N

ON

HO
O

N
H

room temp.
near neutral pH
metal-freeeasy operation

4. ホウ素化合物を活性化剤としたカルボン酸選択的アルドール反応の開発
カルボン酸は、さまざまな生物活性物質に含まれる一般的官能基であり、これを利用した変換反応は多様な分子合成に適用可能な優れた手法である。我々は、前年度に見出していたホウ素化合物
によるカルボン酸の特異的認識・活性化を利用し、穏和な条件下カルボン酸を求核剤としたアルドール反応へと適用した。ホウ素化合物上の配位子によって反応性や立体選択性を制御することが出
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－
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来るため、広い基質一般性を示し、抗炎症薬であるインドメタシンやロキソプロフェンの直接的変換にも成功している。すなわち、開発した反応は、生物活性物質の迅速誘導体化にも利用可能であると考えられる。

5. 不活性アルキンのボリルアルキル化反応による 3 置換ビニルボランの合成
多様な変換反応が知られているビニルボランは有機合成上利用価値の高いビルディングブロックである。いくつかの合成法が知られているが、従来法では 3 置換ビニルボランを簡便かつ立体選択的に合成することは困難であった。我々は、πアクセプター性配位子を用いた銅触媒によって、入手容易なアルキンから 1 工程で 3 置換ビニルボランを合成する方法を開発した。様々な官能基を有したアルキンを利用可能であり、位置、立体選択性高く進行する。

NQIMesCuCl

R2
R1

+

(Bpin)2+ Y R3(10 mol%)
KOtBu
DMF

Bpin

R3
R1

R2

HIgh stereoselectivity
High regioselectivity

O

O
N

N
Cu
Cl

NQIMesCuCl

6. 無保護糖を基質とした炭素―炭素結合形成反応の開発
シアル酸はウイルスの感染過程やがんの転移過程に密接に関与するなど、生体内で様々な役割を担っている。これら化合物の合成には保護基を多用する方法がとられてきたが、合成工程が長いという問題を有していた。我々は、無保護糖の触媒的プロパルギル化を鍵としたシアル酸の短工程合成に成功した。ハードな水酸基とソフトな銅触媒との相反する反応性を利用することで、糖の水酸基を保護することなく炭素―炭素結合形成反応が進行する。本反応において、銅触媒の配位子が立体選択性を高度に制御している点は特筆に値する。カギとなるプロパルギル化中間体から簡便な3 工程の酸化反応を経ることでシアル酸合成を達成しており、多様なシアル酸誘導体の迅速合成が行える強力な手法である。

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－
74 －

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7. C-H 結合変換反応の開発
これまでに、下図のようにレニウム触媒存在下、芳香族イミデートとイソシアナートを反応させたところ、イミノイソインドリノン誘導体が生成することを見出していた。
R

N

N

MeO

R
OMe
[Re2(CO)10] (5.0 mol%)O+

toluene, 150 °C, 48 h
N C O

O C N

R=

n

C6H13

(1.0 equiv)

N

R

R

N
N

N
O

O

O

n

60%
Mn = 4400; Mw/Mn = 2.87; Td5/N2 = 362 °C

本反応の展開として、芳香族イミデートとカルボジイミドを反応させたところ、ジイミノイソイ
ンドリン誘導体が生成することを見出した。本反応は、C-H 結合にカルボジイミドが挿入した初めての例である。
n

N

n

C8H17

OMe

+ iPr N C N iPr(1.0 equiv)

C8H17

Re2(CO)10 (2.5 mol %)chlorobenzene
170 °C, 24 h

N
N iPr

iPr

N

99%

8. フッ素系官能基導入反応の開発
これまでに、下図のようにピリジンやキノリン誘導体の２位選択的な C(sp2)-H トリフルオロメチ
ル化に成功し、論文として報告している。

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－
75 －

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HO

N

MeO

+ Me SiCF
3

NO

K2CO3 (20 mol%)CsF (3.0 equiv)3

ethyl acetate, 25 °C, 1 h MeOH, 50 °C, 5 h
60 °C, 24 h

(3.0 equiv)
BF2CF3

HO

N

MeO
N
CF3
75%

本年度はさらに、かさ高い Lewis 酸を用いて６員環ヘテロ芳香環を求電子的に活性化するとともに、２位を立体的に保護することで、４位選択的な C(sp2)-H トリフルオロメチル化を進行させることができ、論文として報告した。

また、アミノキノリン誘導体の５位選択的な C(sp2)-H トリフルオロメチル化を進行させることにも成功した。
CF3

I

+

N

O

tBu

HN
O

CF3

O

(1.0 equiv)

CuCl (5.0 mol%)
1,2-dichloroethane
25 °C, 18 h

N
HN

tBu

41% O

9. アミロイドタンパク質の高次構造を認識する選択的酸素化触媒の開発
アミロイドタンパク質の凝集体形成は、疎水性相互作用を鍵として進行するため、親水性である
酸素原子を付与（＝酸素化）することができれば、アミロイドタンパク質の凝集性、毒性を低減することに繋がると考えた。そこでこれまで、光エネルギーを利用し、体内環境に存在する分子酸素
を酸素原子源として、アミロイドタンパク質に対して酸素化反応を起こすことのできるフラビン触媒を開発してきた。本手法を個体レベルへ応用するためには、生体内の望まない標的分子（オフタ
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－
76 －

目次へ

ーゲット）とは反応しない触媒の設計が必須となる。そこで今回、凝集したアミロイドタンパク質に対して特異的に酸素化反応を起こすことができる光触媒を開発した。
本触媒は、光励起された後、アミロイド凝集体が存在しない条件下では電子ドナー部分と電子アクセプター部分間の単結合における回転によって速やかに緩和するが、アミロイドタンパク質の凝集体に特徴的なβシート構造に結合すると、この単結合回転が抑制される。この時、分子内に存在する重原子（ブロム基）に起因して、一部が励起一重項状態から三重項状態へ遷移し、緩和に伴い一重項酸素を産生することで酸素化を起こす。本触媒は、細胞が存在する複雑な条件下でも選択的にアミロイドタンパク質を酸素化し、凝集性、病原性を軽減することができた。このような、タンパク質の高次構造を認識して活性のオン・オフを切り替えることのできる生体適用型触媒は世界で初めての例である。

10. ホウ素触媒を用いた含窒素ヘテロ環の脱水素反応の開発
含窒素ヘテロ芳香環は医薬品や天然物に広く存在し、その効率的な合成法の開発は現代においても有機合成化学の重要な課題の一つである。近年、飽和ヘテロ環の触媒的脱水素反応が、原子効率に優れた含窒素ヘテロ芳香環の新たな合成法として注目されている。中でも水素放出を伴い不飽和化が進行する「水素放出型脱水素反応」は、化学両論量の酸化剤の添加を必要とせず、副生物として有用な分子水素が得られるという理想的な変換である。しかし先行研究ではイリジウム等の高価かつ毒性を有する遷移金属触媒が必要であり、また基質一般性にも制限を有していた。
これらの課題を克服する新たな触媒として、有機ホウ素化合物の活用を計画した。検討の結果、トリス（ペンタフルオロフェニル）ボランを用いる条件にて、多様な含窒素ヘテロ環の脱水素反応が最大で定量的収率にて進行した。不飽和化に伴う分子水素の発生も確認され、ホウ素触媒が「水素放出型脱水素反応」を効率的に触媒することが見出された。ホウ素触媒は硫黄官能基に高い耐性を有し、また本手法は遷移金属を用いないヘテロビアリール合成への応用も可能であった。NMRを用いた反応機構解析実験の結果、ホウ素触媒による sp3 C-H 結合からのヒドリド引き抜きを経由する反応機構が支持された。

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－
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教育の概要有機合成化学教室では、薬学部の講義として「有機化学 IV」、「医薬化学 I」、および、「インタラクティブ有機化学」の一部を担当している。「有機化学 IV」では三年生を対象に、カルボニル基の反応とアミンの反応を中心とする講義を行っている。「医薬化学 I」では三年生を対象に、医薬合成を目標とする高いレベルの合成化学と遷移金属の化学を教えている。「インタラクティブ有機化学」では三年生を対象に、ラジカル反応とカルボニル α 位での反応の理解を深める演習を行っている。有機化学の大学院講義においては有機金属化学の最先端の研究を解説している。
研究の項で述べたように、有機合成化学教室ではこれまで精密有機合成のための新手法の開拓とこれらを駆使した生物活性物質の合成を手掛けてきた。これをさらに発展的に展開させるべく、触媒をキーワードにした医薬開発への貢献を目指し研究に取り組んでいる。教室に所属する大学院生
は研究活動を通して複雑な化合物の合成戦略を考える力と同時に、反応機構に基づく化学反応を解析する力、未知化合物の構造解析する力など合成化学者に必要な幅広い教養が養われる。また多数の外部との共同研究を通じて創薬につながる教育研究を行っている。教室のセミナーでは研究報告と文献紹介が定期的に行われており、研究報告会では国際化に対応した人材を輩出するため、英語での報告、議論を行っている。研究成果を国際誌に発表する際も英語で論理的に論述するための指導をすると共に国際学会を含む諸学会で発表する機会を増やすように努めている。最近の教室の出身者の多くは国の内外の研究機関、大学、企業などで創薬に関する業務や合成化学の基礎研究に従事し、活躍している。

自己点検･評価
当教室では「新規分子触媒を開発し、それを用いて生命現象を探索する分子を合成する」ことが薬学における有機合成化学の使命であると考え、研究を行ってきた。中でも、「触媒」をキーワー
ドに医薬開発に貢献するべく新たな研究に取り組んでいる。具体的な研究課題としては既に述べたとおり下記の４つを掲げている。第一に「新しい触媒反応の開発」、第二に「複雑な構造を持つ化
合物の効率的合成」、第三に「新規生物活性物質の探索およびバイオロジカルツールの創製」、第四に「触媒医療概念の確立」である。
特に第四課題に注力する目的で、2012 年より「ERATO 金井触媒分子生命プロジェクト」が始動している。ERATO プロジェクトの使命は、触媒・医薬機能・触媒医療の３グループが連携して取り組むことにより、人類を疾病から守るためのハードウエアである医薬リード分子とソフトウエア
である化学的分子秩序の双方を創出し、多面的創薬を促進して行くことにある。有機合成化学教室
は ERATO プロジェクトと別組織ではあるが、同じ敷地内に拠点を整備し、密に連携して研究／教育を実施している。國信洋一郎・触媒グループリーダー、相馬洋平・医薬機能グループリーダー、
山次健三/川島茂裕・触媒医療グループリーダー指揮の下、多数の博士研究員を抱え研究を遂行している。
これらの研究課題に関して継続テーマに関する成果を含め 2016 年には、14 報が国際誌に学術論文として報告され、特許出願 6 件を行うことができた。多数の共同研究の要請もあり、順調に研究が進展している。更に、国内 25 件、国外 11 件の招待講演があり、当教室の研究成果が国内外から

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－
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注目されていることを示していると考えている。

学 術 論 文(1) “Chemo- and Regioselective Oxygenation of C(sp3)-H Bonds in Aliphatic Alcohols Using a
Covalently Bound Directing Activator and Atmospheric Oxygen” Jun Ozawa, Masayuki Tashiro, Jizhi
Ni, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai, Chem. Sci, 2016, 7, 1904-1909.
(2) “An Expeditious Synthesis of Sialic Acid Derivatives by Copper(I)-Catalyzed Stereodivergent
Propargylation of Unprotected Aldoses” Xia-Feng Wei, Yohei Shimizu, Motomu Kanai, ACS Cent. Sci.,
2016, 2, 21-26.
(3) “Directing Activator-Assisted Regio- and Oxidation State-Selective Aerobic Oxidation of SecondaryC(sp3)-H Bonds in Aliphatic Alcohols” Jizhi Ni, Jun Ozawa, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai, Org.
Biomol. Chem., 2016, 14, 4378-4381.
(4) “Ligand-Promoted, Boron-Mediated Chemoselective Carboxylic Acid Aldol Reaction” Hideoki Nagai,
Yuya Morita, Yohei Shimizu, Motomu Kanai, Org. Lett. 2016, 18, 22276-2279.
(5) “Rhenium-Catalyzed Synthesis of 1,3-Diiminoisoindolines via Insertion of Carbodiimides into a C-H
Bond of Aromatic and Heteroaromatic Imidates” Zijia Wang, Shunsuke Sueki, Motomu Kanai,
Yoichiro Kuninobu, Org. Lett. 2016, 18, 2459-2462.
(6) “4-Position-Selective C-H Perfluoroalkylation and Perfluoroarylation of Six-Membered
Heteroaromatic Compounds” Masahiro Nagase, Yoichiro Kuninobu, Motomu Kanai, J. Am. Chem. Soc.
2016, 138, 6103-6106.
(7) “Cp*CoIII-Catalyzed Dehydrative C-H Allylation of 6-Arylpurines and Aromatic Amides Using Allyl
Alcohols in Fluorinated Alcohols” Youka Bunno, Nanami Murakami, Yudai Suzuki, Motomu Kanai,
Tatsuhiko Yoshino, Shigeki Matsunaga, Org. Lett. 2016, 18, 2216-2219.
(8) “Ligand-Enabled, Copper-Catalyzed Regio- and Stereoselective Synthesis of Trialkylsubstituted
Alkenylboronates from Unactivated Internal Alkynes” Taisuke Ito, Yohei Shimizu, Motomu Kanai, J.
Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7528-7531.
(9) “Switchable Photooxygenation Catalysts that Sense Higher-Order Amyloid Structures” Atsuhiko
Taniguchi, Yusuke Shimizu, Kounosuke Oisaki, Youhei Sohma, Motomu Kanai, Nat. Chem. 2016, 8,
974-982.
(10) “Enhanced Structural Variety of Nonplanar N-Oxyl Radical Catalysts and Their Application to the
Aerobic Oxidation of Benzylic C-H Bonds” Yoichi Kadoh, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai, Chem.
Pharm. Bull. 2016, 64, 737-753.
(11) “5-Position-Selective C-H Trifluoromethylation of 8-Aminoquinoline Derivatives” Yoichiro
Kuninobu, Mitsumi Nishi, Motomu Kanai, Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 8092-8100.
(12) “Transition Metal-Free, Tryptophan-Selective Bioconjugation of Proteins” Yohei Seki, Takashi
Ishiyama, Daisuke Sasaki, Junpei Abe, Youhei Sohma, Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai, J. Am.
Chem. Soc. 2016, 138, 10798-10801.
(13) “Tris(pentafluorophenyl)borane-Catalyzed Acceptorless Dehydrogenation of N-Heterocycles”
Masahiro Kojima, Motomu Kanai, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12224-12227.
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－
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目次へ

(14) “Copper(I)-Catalyzed Dehydrative C-Glycosidation of Unprotected Pyranoses with Ketones”
Xia-Feng Wei, Shi-Liang Shi, Xiao-Wei Xie, Yohei Shimizu, Motomu Kanai, ACS Catal. 2016, 6,
6718-6722.

受 賞 関 連金井求

トムソン・ロイター第 4 回リサーチフロントアワード（2016 年）

相馬洋平

第 8 回武田科学振興財団薬科学シンポジウム ポスター賞

相馬洋平

JST-ERATO Lectureship Award（2016 年）

相馬洋平

Banyu Chemist Award（2016 年）

川島茂裕

第 39 回日本分子生物学会 優秀ポスター賞

森田雄也

第 14 回次世代シンポ 優秀発表賞

小島正寛

第 7 回大津会議 研究企画賞

小島正寛

第 110 回有機合成シンポジウム優秀ポスター賞

小島正寛

日本薬学会第 136 年会 優秀発表賞

関陽平

17th Tetrahedron Symposium Best Student Poster Award関陽平

日本化学会第 96 春季年会 優秀発表賞

新谷卓士

日本薬学会医薬化学部会メディシナルケミストリーシンポジウム優秀賞（2016 年）

若木貴行

第 63 回有機金属化学討論会 ポスター賞

永島臨

第 14 回次世代シンポ ベストディスカッション賞

神崎倭第 14 回次世代シンポ ベストディスカッション賞

石山隆史

第 33 回有機合成化学セミナー ポスター賞

大型研究プロジェクト
金井 求 科学技術振興機構
戦略的創造研究推進事業(ERATO 型)
金井触媒分子生命プロジェクト(2011 年 10 月～2017 年 3 月)
國信洋一郎 科学技術振興機構
戦略的創造研究推進事業(CREST)
元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出 (2011 年 10 月～2017 年 3 月)

特
(1)

許

金井求、相馬洋平、新谷卓士、城野柳人、特願 2016-056616、「イミダゾール化合物及びこれを含有する医薬」、2016 年 3 月 22 日出願(2)

金井求、相馬洋平、Ni Jizhi、谷口敦彦、特願 2016-056615、「クルクミンホウ素錯体及びこれを含有する医薬」、2016 年 3 月 22 日出願(3)Kanai, M.; Soma, Y.; Shimizu, Y.; Taniguchi, A.; Oisaki, K.; Kuninobu, Y. " Boron-dipyrrin
complex and pharmaceutical product containing same" PCT Int. Appl. (2015) WO 2016143699 A1.

(4)

Kanai, M.; Kawashima, S.; Yamatsugu, K.; Amamoto, Y.; Aoi, Y.; Suto, H.; Nagashima, N.;
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－
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Kurumizaka, H.; Osakabe, A.; Arimura, Y. “Artificial catalyst system for selective acylation ofchromosomal protein” PCT Int. Appl. (2016) WO 2017038760 A1(5)Kanai, M.; Matsunaga, S. “Process for the preparation of alcohol analogs” PCT Int. Appl. (2016)
WO 2016047388 A1.

(6)Kanai,

M.;

Soma,

Y.;

Taniguchi,A.;

Shimizu,

Y.

“Preparationof

2-(1,2,3,4-tetrahydroquinolin-6-yl)benzothiazole compound, and medicine containing the same”
PCT Int. Appl. (2016) WO 2016010092 A1.

書 籍、総 説(1)

小島正寛、金井求、「金属触媒と有機分子触媒の違い」、有機分子触媒の化学〜モノづく
りのパラダイムシフト 日本化学会 編、2016 年、CSJ Current Review, pp. 30-35.

(2)“A Career in Catalysis: Masakatsu Shibasaki” Naoya Kumagai, Motomu Kanai, Hiroaki Sasai, ACS
Catal. 2016, 6, 4699-4709.

(3)“Elementary and systemic views of the generation of toxic substances” Takayuki Wakaki,
Kounosuke Oisaki, Motomu Kanai, Green Chem. 2016, 18, 3681-3683.

(4)“Development of Novel C-H Bond Transformations Directed Towards the Synthesis of Organic
Functional Molecules” Yoichiro Kuninobu, J. Synth. Org. Chem. Jpn. 2016, 74, 1058-1068.

(5)“Medicinal Chemistry Focusing on Aggregation of Amyloid-β” Chem. Pharm. Bull. 2016, 64, 1-7.

招待講演、依頼講演等
金井 求
2016/1/22

九州大学・先導物質科学研究所、福岡、「低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発」

2016/2/10

徳島大学薬学部、平成 27 年度特別経費事業、創薬人育成のための創薬実践道場
教育構築事業、多機能性人工エキソソーム(iTEX)医薬品化実践を通じた操薬人育成事業、合同シンポジウム、徳島、「低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発」

2016/3/14

5th UK-Japan Symposium on Asymmetric Catalysis, The University of Manchester, UK,“Copper(I)-Catalysed Asymmetric Domino Cross-Aldol Reactions”

2016/3/26

日化年会コラボレーション企画“未来を創る有機分子触媒”、京都、「有機触媒による生体分子修飾と機能制御」

2016/5/20

Meyers/Stille Symposium, Colorado State University, USA, “Catalysis Development
Targeting Small Molecules to Proteins”

2016/5/23

CalTech, USA, “Catalysis Development Targeting Small Molecules to Proteins”

2016/5/24

UC Berkeley, USA, “Catalysis Development Targeting Small Molecules to Proteins”

2016/6/6

千葉大・大学院薬学研究院 特別講義、千葉、「低分子を標的とした触媒反応開発：医薬リードの効率合成を目指して」「タンパク質を標的とした触媒反応開発：
新しい薬の概念構築を目指して」

2016/7/18

11th

International

Symposium

on

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－
81 －

Carbanion

Chemistry,

Rouene,France,目次へ“Copper(I)-Catalyzed Asymmetric C-C Bond Formations”
2016/7/22

CNRS-Université de Rennes, France, “Catalysis Development Targeting Small
Molecules to Proteins”

2016/7/25

Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, “Catalysis Development Targeting Small
Molecules to Proteins”

2016/9/28

東工大 物質理工学院 応用化学系、東京、「低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発」

2016/10/6

第５回フッ素化学研究講演会、名工大、「含窒素芳香環への位置選択的フルオロ
アルキル基導入法の開発と応用」

2016/10/8

一般財団法人 国際有機化学財団（ＩＯＣＦ） 特別セミナー、有機化学高校生講座２０１６、テーマ ～次世代の化学を担うのは君だ！～、大分、「薬を支える信念、深念、新念」

2016/11/1

長崎大学・大学院医歯薬学総合研究科、長崎、「低分子から生体高分子までを標的とする触媒反応開発」

2016/11/15

化学フェスタ、タワーホール船堀、テーマ企画：私たちの生活に欠かせない有機
合成化学！「匠の技」で豊かな分子と社会を生み出そう！、東京、「有機反応を改革する「匠の触媒」：銅触媒による不斉炭素―炭素結合形成反応」

2016/11/28

大日本住友製薬プロセス化学研究所、大阪、「含窒素芳香環への位置選択的フル
オロアルキル基導入法の開発と応用」

生長幸之助
2016/7/19

Westfälische Wilhelm-Universtät Münster, Münster, GERMANY, “Chemoselective
Oxidative Transformations by Novel Organoradicals”

2016/7/22

Universtät

Freiburg,

Freiburg,

GERMANY,“Chemoselective

Oxidative

Transformations by Novel Organoradicals”
2016/11/11

精密制御反応場 第 1 回国際若手セミナー, みおの山荘, 大阪、「Development of
Chemoselective Protein Modifications Using Organoradicals」

2016/11/29

若手研究者のための有機化学札幌セミナー, 北海道大学, 札幌、「有機ラジカルを用いた化学選択的タンパク質変換法の開発」

2016/12/1

第 9 回有機触媒シンポジウム, 名古屋大学, 名古屋、「有機ラジカルを用いた化学選
択的タンパク質変換法の開発」

2016/12/19

2nd Joint Workshop on Chirality in Chiba University and Soft Molecule Activation, 千葉大学, 千葉、「有機ラジカルを用いた化学選択的タンパク質変換法の開発」

清水洋平
2016/11/5

第 40 回星薬科大学大学院研究科助手会・大学院自治会 合同公開セミナー、東京、「触媒の特性を活かした化学選択的反応の開発」

國信洋一郎
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－
82 －

目次へ

2016/4/18

第 225 回化学コースコロキウム、首都大学東京、南大沢キャンパス、東京、「機能性分子合成を志向した新規 C-H 結合変換反応の開発」

2016/7/11

第 49 回有機金属若手の会 夏の学校、群馬、「機能性分子合成を志向した新規
C-H 結合変換反応の開発」

2016/8/3

JST–NTU Joint Seminar on Sustainable Synthesis and Catalysis, NTU-SPMS,
Singapore, “Group 7 Transition Metal-Catalyzed C-H Transformations”

2016/8/30

先端物質化学講演会—有機化学のフロンティア—、九州大学筑紫キャンパス、福岡、「機能性分子合成を志向した新規 C-H 結合変換反応の開発」

2016/10/7

ケイ素化学協会奨励賞受賞講演、安芸グランドホテル、広島、「触媒的な C-H
結合変換反応への有機ケイ素化合物の利用」

2016/11/10

分子研研究会「若い世代が創る未来型分子触媒の開発とその展望」、分子科学研究所、岡崎、「非共有結合性相互作用による C-H 結合変換反応の位置選択性
の制御」

相馬洋平
2016/9/25

第 89 回日本生化学会大会、仙台、「アミロイドβペプチドの凝集を標的とした機能分子設計」2016/9/29

New

York

University,

DepartmentofChemistry,

USA,“Biocompatible

photooxygenation catalyst that targets amyloid aggregation”
川島茂裕
2016/6/4

The 21st iCeMS International Symposium, Kyoto, “Developing artificial catalyst
systems for synthetic epigenetics”

2016/6/9

第 16 回日本蛋白質科学会、福岡、「人工触媒システムを用いたクロマチン修飾」

2016/11/29

2016 酵母ルネッサンス、東京、”Developing fission yeast for chemical biology”

2016/12/9

広島大学、広島、「薬剤感受性分裂酵母を用いた化学遺伝学的スクリーニング系の構築と新規低分子阻害剤の同定」

プレスリリース(1)

酵素を超えるシアル酸類の簡便・迅速合成法を開発 （東京大学、2016/1/6）(2)アミロイド構造のみを区別して酸素化する光触媒を開発 （JST, 2016/6/28）(3)金属を用いないトリプトファン選択的修飾反応の開発に成功

－77－
－
83 －

(2016/8/19)

目次へ◆ 天然物化学教室 ◆教授阿部 郁朗（あべ・いくろう）

昭和 59 年東京大学卒、平成元年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職： 静岡県立大学薬学部准教授、薬学博士

准教授

岡田 正弘（おかだ・まさひろ）

平成 10 年慶應義塾大学卒、平成 17 年名古屋大学大学院生命農学研究科博士課程修了
前職：中部大学応用生物学部准教授、博士（農学）助教

淡川 孝義（あわかわ・たかよし）(４月１日から研修出向より復帰)

平成 18 年東京大学卒、平成 23 年同大学大学院農学生命科学研究科博士課程修了
博士（農学）

助教

森 貴裕（もり・たかひろ）(３月 31 日まで)

平成 22 年静岡県立大学卒、平成 28 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬科学）

研究の概要
有機化学を基盤とした、生命現象の解明とその人為的な制御に関する研究は、ポストゲノムの時代にあって、今後ますます飛躍的な発展が期待される。一方、今後の医薬資源の開発について考えた場合、多様性に富む化合物群をいかに効率良く生産し、創薬シードとして提供できるか、が鍵になる。本教室では、以下のテーマを中心に、今後の医薬資源研究をリードする、ケミカルバイオロ
ジー領域の研究を展開している。
⑴

天然物の生合成（ゲノムマイニング、メタゲノム、生合成工学）
資源が枯渇しつつある現代にあって、従来の方法論による天然物の探索供給が困難になりつつある。そこで新たな方法論として、遺伝子資源の活用により効率的な創薬シードの探索供給が可能になる。ポストゲノムの時代、遺伝子工学やバイオインフォマティクスの進歩と相まって、今が絶好のチャンスといえる。遺伝子の設計図をもとにした人為的な生合成の改変や非天然型新規化合物の創出、といったことも既に現実のものになりつつあり、天然物に匹敵する化合物ライブラリーの構
築や、希少有用物質の安定供給も可能になる。
⑵

酵素と生体触媒（構造機能解析、酵素工学、反応機構）
二次代謝酵素の中には、微妙な構造の違いで基質や生成物の特異性が大きく変化するものがあり、これが天然物の分子多様性をもたらす大きな要因の一つとなっている。よって、これらはタ
ンパク質の立体構造に基づく合理的な機能改変と分子多様性創出の格好のモデルといえる。また、ポリケタイドやテルペノイドなどの基本骨格を構築する酵素の中には、きわめて広範な基質特異性を示すものがあり、こうした潜在的な触媒能力を活用することで、創薬シードとなりうる
非天然型新規化合物の効率的な生産が可能になる。一方、酵素反応機構についても未解決の問題
－81－
－
84 －

目次へ

が多く残されており、酵素の精密機能解析に基づく反応機構の解明によって、新たな触媒概念の確立や人工酵素の設計などが期待される。
⑶

生物活性物質の探索（単離構造決定、合成、作用機序）
天然物化学の研究に、生物活性物質の探索と単離構造決定を欠かすことは出来ない。天然物の構

造や機能には時として想像を遥かに超える斬新さがあり、それが天然物研究の一つの醍醐味でもある。一つの新しい天然物の発見が、後に新たな研究領域創成への礎になった例も枚挙にいとまがな
い。こうしたいわゆるモノトリの技術は一朝一夕にしてなるものではなく、長年のノウハウの蓄積が重要である。これを絶やすことなく、さらに高めていかなければならない。天然物の生物活性作用発現機構の解明や、細胞内情報伝達系に作用する天然物の探索などにも取り組んでいく。
研究手法としては、基質やプローブの合成、単離構造決定など、低分子化合物の取り扱いから、遺伝子操作、酵素タンパクの結晶化や変異酵素の作成に至るまで、有機化学を基盤としながら、生
化学、分子生物学、構造生物学、物理分析化学、さらには、醗酵工学や代謝工学に至るまで、多領域の学問分野の手法を取り入れている。
当該年度の主な具体的な研究実績としては、以下のものが挙げられる。
１．糸状菌メロテルペノイドの生合成研究
メロテルペノイドとはテルペノイド骨格を部分構造として有する化合物の総称である。特に糸状菌からは、構造多様性ならびに生物活性に富むメロテルペノイドが報告されており、その生合成遺伝子の解明や生合成酵素の機能解析は、今後の創薬を指向した物質生産において重要である。
糸状菌メロテルペノイドのうち、3,5-dimethylorsellinic acid (DMOA) に由来するメロテルペノイド
はとりわけ大きな構造多様性を有するのみならず、特異な分子構造を有するものも少なくない。
当研究室ではこれまでに、DMOA 由来メロテルペノイドのうち terretonin、austinol、andrastin A、
anditomin の生合成研究を行い、これら化合物群の構造多様性を生み出す分子基盤の一端を明らかにしてきた。本年は、austinol と同一の前駆体から異なる骨格の生成物を与える paraherquonin
生合成反応の解明を行った。
Paraherquonin は Penicillium brasilianum より単離されるメロテルペノイドであるが、その構造より、他のメロテロペノイド同様、DMOA より生合成されることが予想されていた。そこで、関連生合成酵素を同定し、その触媒能を明らかとすることを目的として、ゲノムより見出した生合成酵素遺伝子を Aspergillus oryzae にて異種発現し、その生成物を構造決定することで、生合成反応の同定を行った。その結果、本生合成経路では、austinol と同一の生合成前駆体 preaustinoid A1が、鉄-ケトグルタル酸依存型酸化酵素 PrhA による二段階の酸化反応を触媒し、変換されることによって、berkeleydione が生成することが明らかとなった。驚くべきことに、PrhA は austinol 生
合成中の酸化酵素 AusE と 78%もの高い相同性をもつホモログ酵素であった。AusE が共通の基質を受け入れ、１位水素の引き抜きから反応を開始し、５位の水素の引き抜きに伴うスピロ環形成
反応を触媒するのに対し、PrhA は、５位の水素の引き抜きを起点とし、1 位の水素原子を引き抜き、生じたラジカルが二重結合上のπ電子と反応して、六員環ラクトンを生じ、最終的に 6-7 員
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環形成へと導くことで、berkeleydione を形成する反応を触媒する（図１）。このように、共通の基質より、異なる反応を触媒する酵素の存在は極めて興味深く、本研究成果では糸状菌メロテル
ペノイドの骨格多様性を増幅する鍵反応を触媒する酵素の同定に成功したといえる。また、現在、
AusE、PrhA の構造比較による、酵素反応の精密解析に取り組んでおり、その両者の基質複合体の結晶構造の取得に成功し、解析を進めている。

図１

AusE、PrhA の生合成反応

２．糸状菌メロテルペノイド生合成に関わる異性化酵素の構造機能解析
糸状菌メロテルペノイドである terretonin 生合成に関わる異性化酵素 Trt14 はわずか 16kDa の大きさの酵素であり、エステルの解裂、メトキシ基の転位による D 環拡大反応を触媒することにより、terretonin 中間体の生成を触媒し、メロテルペノイド複雑骨格の形成に関わる多機能触媒である。本酵素ファミリーは austinol 生合成中の AusH や paraherquonin 生合成中の PrhC など、複数のメロテルペノイド生合成経路に含まれるが、その立体構造基盤は未知であった。本研究では、
反応性、基質特異性を明らかにすることを目的とし、Trt14 とそのホモログの X 線結晶構造解析に着手した。
Trt14 酵素のアポ体の結晶構造解析に成功し、これらが５つのαヘリックス、６つのβシートから構成されるα+β barrel-fold をとることを明らかとした。これは、nuclear transport factor 2 (NTF-2)
super family の酵素によく保存された構造であった。続いて、基質化合物をタンパク質結晶に投与
し、それぞれの化合物と酵素の複合体結晶構造の取得を試みた。驚くべきことに、基質は結晶中で変換され、それぞれの中間体と酵素の複合体構造が得られた。これら複合体構造の比較より、基質の保持に関わるいくつかのアミノ酸が見出され、そのうち、14 位のメトキシ基と相互作用し、触媒の鍵となるアミノ酸 Tyr19、Arg39、Arg48 をそれぞれ見出すことに成功した。それぞれの部
位特異的変異導入を行い、実際にそれらが活性に重要な役割を担うことが示された。
以上の結果より、Trt14 の触媒機構について以下のように提唱した(図２)。まず、Arg39 が塩基として働き、化合物 4 の７位の水酸基よりプロトンを引き抜き、生じた７位のアルコキシドが 25位のメチルエステルに Re-face より求核攻撃を行い、新たにラクトン構造を形成する。中間体の15 位のカルボニル基と Tyr19 が水素結合し、メトキシ基を 15 位の炭素原子に近接させ、その転位を触媒する。続く C14-C15 位間の解裂、C16 位の水酸基からのプロトン化によるケト基への異性化、Arg48 を介した C16 位の水酸基からの C25 位のケト基への求核攻撃によってエステル環が
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再構成され、terretonin 骨格が生成する。同様の三つのアミノ酸は、AusH、PrhC にも保存されており、類似の反応機構の存在が示唆された。本研究では糸状菌メロテペノイドの骨格多様性を増幅する異性化酵素の触媒機構を明らかにすることに成功した。本酵素のホモログは糸状菌メロテ
ルペノイド生合成に広く分布しており、これらを解析し、その触媒を制御し、多様なメロテルペ
ノイド化合物の創出を行うことで、多様な生理活性を持つ化合物ライブラリーの構築が可能となる。

図２ Trt14 の反応機構
３．放線菌由来アミノポリオール合成酵素の生合成工学と遺伝子解析
モジュール型ポリケタイド合成酵素(PKS)は異なる触媒機能を有するドメインが一つのポリペ
プチド鎖上に連なった、巨大複合体酵素である。その生合成過程では各ドメインを順番に経由することで炭素鎖が伸長されるため、酵素のドメイン構造と産生化合物の化学構造が一対一対応するという大きな特徴を持つ。このことから、酵素のドメイン構造を並び替えることで、目的化合物を産生する生合成マシナリーを自由に設計できることが期待されるが、モジュール型 PKS を組み替えることによる効率的な物質生産は未だ達成されていない。とりわけ、ポリケタイド骨格の大半を占める伸長基質の改変は困難とされており、その方法論を確立することは生合成工学を考える上で大きな意義を持つ。本研究では、モジュール型 PKS の組み替えによる新規化合物創生を可能とする理論的知見を得ることを目指し、放線菌由来のアミノポリオール化合物に関わる
PKS を対象として、その生合成遺伝子の多様性創出のメカニズムの解析を行った。
まず、tetrafibricin、neotetrafibricin 産生放線菌株のゲノム配列情報を、次世代シークエンサーを用いて解析し、PKS 遺伝子配列を取得した。これまでに PKS 遺伝子が報告されている ECO02301、mediomycin と合わせて PKS のアミノ酸配列を用いて系統樹解析を行った結果、遺伝子重複や欠損、組み替えにより構造多様性が生まれていることを明らかとした。また、組替えが起こる配列箇所を Acyltransferase ドメインの後方に同定し、Ketosynthase ドメインは常に上流のドメ
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インとセットになり組替えが起こることが示唆された。本結果は、PKS が自然界でどのように遺伝子変異を起こし進化したかを詳細に解明するものであり、これらの遺伝子組換えメカニズムを応用した PKS リプログラミングに応用可能であると考えられる。また、ゲノムマイニングにより発見された 150 kb もの巨大なポリエン生合成遺伝子である clethramycin PKS クラスターの異種発現に成功し、今後のエンジニアリングによる新規ポリケタイド生産のための基盤を構築した。

図３ アミノポリオール化合物の化学構造

教育の概要
天然物化学教室では、薬学部の講義として、｢有機化学 IV｣と｢天然物化学」を担当している。「有機化学 IV」では、薬学における有機化学の基礎として、天然物を中心とした生体物質の化学、生
物活性、生合成を講義している。この中には、生体物質の分離精製法や、スペクトル解析による構
造決定法、生合成研究法、植物バイオテクノロジーの基礎など天然物化学研究の最新の研究法も含まれている。天然物化学の教育は、ともすれば個々の化合物に個別的な、また記述的なものになりがちであるが、生合成的な分類体系を先ず理解させることにより、多様な構造からなる天然物を、
医薬品資源となるケミカルプールとして把握しやすくする工夫を凝らした講義となっている。「天然物化学」の講義では、局方収載の天然薬物を中心に、世界各国で伝統薬として用いられる薬用植物、また、近年生物活性天然物のソースとして研究の進展が注目されている海洋天然物、等を取り上げ、構造と生物活性、生合成、医薬資源としての評価等、医薬品資源としての天然物の重要性の理解を図っている。
大学院の講義では、「基礎薬科学特論 II」や「ケミカルバイオロジー特論」において内外の天然物化学の最先端研究についての講義を行っている。この中では、研究テーマの設定に至った着想や、あらたな研究法の開発、得られた成果の実用化への展望などについても詳述し、天然物研究の魅力
や、重要性が十分伝わるような講義となっている。
研究の項にあるように、当教室では天然物の生合成研究を中心に展開している。最先端の天然物
研究では、従来の有機化学的な研究法はもとより、生化学、分子生物学、構造生物学等多様な研究法の導入が必須であり、「天然物化学」は「天然物科学」へと脱皮しつつある。当教室に在籍する学部学生、大学院生には、これら多様な研究法の基礎となる幅広い知識と技術の習得を要求している。現在の研究テーマで用いる題材生物も、放線菌などのバクテリアから、糸状菌、高等植物、動
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物と多彩であり、生物種の違いにより自ずと研究法にも大きな差が生じる。個々の学生がその全てに関わるわけではないとしても、研究室の他のメンバーのテーマや研究内容、研究手法については、
誰もが十分に理解し、また議論ができるよう期待している。定期的に開催される教室のセミナーや研究報告会に参加し、議論に加わることにより、天然物の分離精製、スペクトルによる構造解析、生合成酵素の機能解析、生合成遺伝子のクローニングなど幅広い実験技術およびその基礎理論に習熟できるよう配慮している。また、研究報告会では、実験の計画、手法、結果と解釈を過不足なく整理して報告できるよう、プリントの作成やプレゼンテーションの仕方にも重点を置いて指導している。目的を達することのできなかった実験についても、どこにその原因があるかを参加者全員で議論し、情報を全員で共有し研究室の財産として継承することを心がけている。研究の成果は、国際学術誌に報告しているほか、テーマにより薬学会、生薬学会、天然有機化合物討論会、化学会、農芸化学会などで発表し、また国際学会での発表も奨励している。
当研究室出身者の多くは、大学、公立の研究機関、製薬、食品、化粧品等の民間企業の研究所で医薬品や機能性食品などの研究開発業務についているほか、官公庁で活躍している人材も多い。

自己点検・評価2009 年５月に阿部郁朗教授が着任し８年が経過した。2011 年より淡川孝義助教が着任、2013
年 8 月より松田侑大助教が着任、2014 年 4 月より森貴裕助教が着任した。なお、2015 年３月に
脇本敏幸准教授が異動となり、2015 年 4 月より岡田正弘准教授が着任した。また、2015 年９月に松田侑大助教、2016 年３月に森貴裕助教が退職した。
｢天然物化学｣という学問分野は、自然界に存在する天然有機化合物の単離構造決定、生物活性、
構造活性相関、全合成、生合成、化学生態学、起源生物の分類・進化等々広範な学際領域にわたる
総合科学である。薬学系における天然物化学は、歴史的には、天然薬物の有効成分の解明、医薬品開発のための新リード化合物の探索を中心として発展してきた。現在においても新規リード化合物探索において天然物が重要なケミカルプールとして期待されているのは、天然物の示す構造多様性、
またそれによってもたらされる生物活性の多様性に由来している。当教室では、天然物化学のカバ
ーする領域の中でも、天然物の構造多様性をもたらす「生合成」に焦点を絞り、生合成経路の確立、生合成酵素の機能解明・発現制御、生合成酵素の機能改変、生合成酵素遺伝子による微生物・植物の二次代謝工学を目標に、より先鋭化した研究を展開してきた。
具体的な研究テーマは、研究の概要の項に記したとおりであるが、いずれも天然物の基本炭素骨格を構築する生合成酵素の機能解析が鍵となる研究である。研究開始当初、これらの酵素遺伝子に関する研究は国際的にもほとんど例がなく、遺伝子の探索に苦労したが、最近では多種の天然物生
産生物種のゲノム配列情報が明らかにされ、新規生合成酵素遺伝子のクローニングは比較的容易になり、当該年度においても新規生合成酵素遺伝子の取得、そのコードする酵素タンパクの精密な機能解析を達成した。研究成果は、いずれも国際学術誌に掲載され、また、国際学会の招待講演としても発表され、高い評価を得ている。この間公表した研究成果は、薬学領域のみならず理学系、農学系、また産業界の天然物化学研究者からも注目され、国内外から共同研究の申し込みも多い。今後は、これらの機能ゲノム学的研究の成果を、合成困難な稀少有用天然物の大量供給系の開発や、機能変換酵素を合理的にデザイン・作製するタンパク工学、またそれら酵素遺伝子を同種異種生物
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へ導入発現する代謝工学、により多様な新規天然物からなるケミカルライブラリーの構築などへと展開し、天然物を利用した創薬研究に新たな局面を開拓して行きたい。

学
1)

術

論 文

Manipulation of prenylation reactions by structure-based engineering of bacterial indolactam
prenyltransferases. Mori, T., Zhang, L., Awakawa, T., Hoshino, S., Okada, M., Morita, H., Abe, I.

Nature Commun., 7, 10849 (2016).
2)

Structural insight into the enzymatic formation of bacterial stilbene. Mori, T., Awakawa, T.,
Shimomura, K., Saito, Y., Yang, D., Morita, H., Abe, I. Cell Chem. Biol., 23, 1468-1479 (2016).

3)

Discovery of key dioxygenases that diverged the paraherquonin and acetoxydehydroaustin
pathways in Penicillium brasilianum. Matsuda, Y., Iwabuchi, T., Fujimoto, T., Awakawa,T.,
Nakashima, Y., Mori, T., Zhang, H., Hayashi, F., Abe, I. J. Am. Chem. Soc., 138, 12671-12677(2016).

4)

Genome-based discovery of an unprecedented cyclization mode in fungal sesterterpenoids
biosynthesis. Okada, M., Matsuda, Y., Mitsuhashi, T., Hoshino, S., Mori, T., Nakagawa, K., Quan,
Z., Qin, B., Zhang, H., Hayashi, F., Kawaide, H., Abe, I. J. Am. Chem. Soc., 138, 10011-10018(2016).

5)

Astellifadiene, a unique tetracyclic fungal sesterterpene: structure determination by an NMRcoupled crystalline sponge method and elucidation of its biosynthesis. Matsuda, Y., Mitsuhashi,T.,
Lee, S., Hoshino, M., Mori, T., Okada, M., Zhang, H., Hayashi, F., Fujita, M., Abe, I. Angew.

Chem. Int. Ed., 55, 5785-5788 (2016).
6)

An unusual chimeric diterpene synthase from Emericella variecolor and its functional conversion toa sesterterpene synthase by domain swapping. Qin, B., Matsuda, Y., Mori, T., Okada, M., Quan,
Z., Mitsuhashi, T., Wakimoto, T., Abe, I. Angew. Chem. Int. Ed., 55, 1658-1661 (2016).

7)

Engineering of Candida glabrata Ketoreductase 1 for asymmetric reduction of α-halo ketones.
Qin, F., Qin, B., Mori, T., Wang, Y., Meng, L., Zhang, X., Jia, Z., Abe, I., You, S. ACS Catalysis,
6, 6135-6140 (2016).

8)

Metagenomic analysis of the sponge Discodermia reveals the production of the cyanobacterial
natural product kasumigamide by 'Entotheonella'. Nakashima, Y., Egami, Y., Kimura, M.,
Wakimoto, T., Abe, I. PLoS ONE, 11(10): e0164468 (2016).

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9)

Biosynthesis of fungal meroterpenoids. Matsuda, Y., Abe, I. Nat. Prod. Rep., 33, 26-53 (2016).

10) Nature's way of making the sponge-derived cytotoxin. Wakimoto, T., Egami, Y., Abe, I. Nat. Prod.

Rep., 33, 751-760 (2016).
11) Unusual chemistries in fungal meroterpenoid biosynthesis. Matsuda, Y., Awakawa, T., Mori, T.,
Abe, I. Curr. Opin. Chem. Biol., 31, 1-7 (2016).
12) Cytochrome P450 for citreohybridonol synthesis: oxidative derivatization of andrastin scaffold.
Matsuda, Y., Quan, Z., Mitsuhashi, T., Li, C., Abe, I. Org. Lett., 18, 296-299 (2016).
13) Stereospecific prenylation of tryptophan by a cyanobacterial post-translational modification
enzyme. Okada, M., Sugita, T., Akita, K., Nakashima, Y., Tian, T., Li, C., Mori, T., Abe, I. Org.

Biomol. Chem., 14, 9639-9644 (2016).
14) Sulfoureido lipopeptides from the marine sponge Discodermia kiiensis. Tan, K. C., Wakimoto, T.,
Abe, I. J. Nat. Prod., 79, 2418–2422 (2016).
15) Structural diversification of lyngbyatoxin A by host-dependent heterologous expression of thetleABC biosynthetic gene cluster. Zhang, L., Hoshino, S., Awakawa, T., Wakimoto, T., Abe, I.

ChemBioChem, 17, 1407-1411 (2016).
16) Biosynthesis of LL-Z1272β: discovery of a new member of NRPS-like enzymes for aryl-aldehyde
formation. Li, C., Matsuda, Y., Gao, H., Hu, D., Yao, X. S., Abe, I. ChemBioChem, 17, 904-907(2016).
17) Structural basis for olivetolic acid formation by a polyketide cyclase from Cannabis sativa. Yang, X.,
Matsui, T., Kodama, T., Mori, T., Zhou, X., Taura, F., Noguchi, H., Abe, I., Morita, H. FEBS J.,
283, 1088-1106 (2016).
18) Myanmarnicins H−M: new quassinoids from Picrasma javanica collected in Myanmar and theirantiproliferative activities. Win, N. N., Ito, T., Ismail, Kodama, T., Win, Y. Y., Tanaka, M.,
Okamoto, Y., Imagawa, H., Ngwe, H., Asakawa, Y., Abe, I., Morita, H. Tetrahedron, 72, 746-752(2016).
19) Isopimarane diterpenoids from Kaempferia pulchra rhizomes Collected in Myanmar and their Vpr
inhibitory activity. Win, N. N., Ito, T., Matsui, T., Aimaiti, S., Kodama, T., Ngwe, H., Okamoto,Y., Tanaka, M., Asakawa, Y., Abe, I., Morita, H. Bioorg. Med. Chem. Lett., 26, 1789-1793 (2016).

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20) Quassinoids: viral protein R inhibitors from Picrasma javanica bark collected in Myanmar for HIV
infection. Win, N. N., Ito, T., Win, Y. Y., Ngwe, H., Kodama, T., Abe, I., Morita, H. Bioorg. Med.

Chem. Lett., 26, 4620-4624 (2016).
21) Effective production of aromatic polyketides in Streptomyces bacteria using combined-culture
method. Hoshino, S., Okada, M., Onaka, H., Abe, I. Nat. Prod. Commun., 11, 979-981 (2016).
22) Insight into the aroma profile of Bulgarian tobacco absolute oil. Nedeltcheva-Antonovaa, D.,
Ivanovaa, D., Antonova, L., Abe, I. Industrial Crops and Products, 94, 226-232 (2016).

総説・著書・教科書・特許
著書1) 阿部郁朗：生合成の新しい設計図を書く、実験医学, 羊土社, 34, 2746-2747 (2016).
2) 森貴裕、阿部郁朗：結晶構造を基盤とした天然物の生合成酵素工学、化学工業, 67, 56-61(2016).
3) 江上蓉子、脇本敏幸、阿部郁朗：海綿共生微生物による生物活性物質の生産、バイオインダ
ストリー, 33, 11-17 (2016).
4) 淡川孝義、阿部郁朗：微生物由来テルペンインドールアルカロイド-テレオシジン生合成、アルカロイドの化学, 化学同人, 第７章 (2016).
5) 阿部郁朗：芳香族化合物、パートナー天然物化学 改訂第３版, 南江堂, 第３章 (2016).
招待講演
1)

阿部

郁朗：2016.1.8.「生薬資源のケミカルバイオロジー」 日本学術会議 薬用資源科学シンポジ

ウム、2016 年度例会 (東京)2)阿部郁 朗 ： 2016.1.20.“Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products”

th

10 ISCMC Conference (Taichung, Taiwan)3)

阿部郁 朗 ： 2016.3.15.“Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products”

ICNP2016 (Kuala Terengganu, Malaysia)4)

阿部郁朗：2016.7.26.“Uncovering the unusual D-ring construction in terretoninbiosynthesis by collaboration of a multifunctional cytochrome P450 and a unique
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isomerase” Cytochrome P450 Biodiversity & Biotechnology (Vancouver, Canada)5)

阿部郁 朗 ： 2016.10.10.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” University ofBonn (Bonn, Germany)6)

阿部郁 朗 ： 2016.10.11.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” University of

Hannover (Hannover, Germany)7)

阿部郁 朗 ： 2016.10.12.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” University ofWageningen (Wageningen, Netherland)8)

阿部郁 朗 ： 2016.10.14.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” University ofFrankfurt (Frankfurt, Germany)9)

阿部郁朗：2016.10.16.“Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products”

GIM2016 Symposium (Wuhan, China)10) 阿部

郁朗：2016.10.20.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” 中科院 武漢植物園(Wuhan, China)11) 阿部

郁朗：2016.11.2.“Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products” 中科院 上海有機化学研究所 (Shanghai, China)
12) 阿 部郁 朗 ： 2016.11.3.“Engineered Biosynthesis of Medicinal Natural Products”

Morgan Mountain Int Summit. (Hangzhou, China)13) 阿部

郁朗：2016.11.9.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” Joint Czech-Japanworkshop. (Prague, Czech Republic)14) 阿 部郁 朗 ： 2016.12.16.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” 曁 南 大 学(Guanzhou, China)15) 阿 部郁 朗 ： 2016.12.19.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” 中 山 大 学(Guanzhou, China)16) 阿 部郁 朗 ： 2016.12.22.“Biosynthesis of Fungal Meroterpenoids” 中 央 研 究 院(Taipei, Taiwan)17) 岡田 正弘：2016.6.25.「翻訳後修飾によるトリプトファンのイソプレニル化」日本農芸化学会関東
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支部 2016 年度例会(東京)18) 岡田 正弘：2016.12.6.「翻訳後修飾によるトリプトファンのイソプレニル化」第 78 回講演会 有機
化学研究会 (白鷺セミナー)(大阪)
19) 淡川 孝義：2016.10.28.「プロテインキナーゼ C 活性化化合物テレオシジンの生合成経路の解明とその制御」 第 21 回天然薬物の開発と応用シンポジウム(千葉)国際交流、及び社会への貢献
1)

阿部

郁朗：Fellow of The Royal Society of Chemistry2)

阿部郁朗：Faculty Member: Faculty of 10003)

阿部郁朗：Editorial Board Member: Natural Product Reports4)

阿部郁朗：Editorial Board Member: Frontiers in Plant Science5)

阿部郁朗：Editorial Board Member: Natural Products and Bioprospecting

6)

阿部郁朗：Editorial Board Member: Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences7)

阿部郁朗：Executive Committee Member: TERPNET

8)阿部

郁朗：Advisory Member: Phytochemical Society of Asia9)阿部

郁朗：Co-organizer: PACIFICHEM, Biosynthesis of Natural Products10) 阿部

郁朗：Member: American Chemical Society11) 阿部

郁朗：Member: American Society of Biochemistry and Molecular Biology

12) 阿部

郁朗：Member: American Society of Pharmacognosy13) 阿部

郁朗：日本薬学会 生薬天然物部会 常任世話人、庶務幹事、部会長

14) 阿部

郁朗：日本生薬学会 評議員、財務理事

15) 阿部

郁朗：天然有機化合物討論会

世話人
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16) 阿部郁朗：酵素工学研究会 役員（委員）17) 阿部

郁朗：植物化学研究会（植物化学シンポジウム）世話人、代表

18) 阿部

郁朗：公益財団法人 薬理研究会 評議員

19) 阿部

郁朗：日本学術振興会 科学研究費委員会 専門委員

20) 阿部

郁朗：日本学術振興会 特別研究員等審査会、国際事業委員会 専門委員

21) 阿部

郁朗：農業・食品産業技術総合研究機構競争的資金事業 専門委員

22) 阿部

郁朗：厚生労働省 薬事・食品衛生審議会 臨時委員

23) 阿部

郁朗：新学術領域（研究領域提案型）平成 28～32 年度 生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学「生合成リデザイン」代表

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◆ 基礎有機化学教室 ◆
教 授

内山 真伸

(うちやま まさのぶ)

平成 5 年東北大学薬学部卒、平成 7 年東京大学大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：理化学研究所准主任研究員、博士（薬学）講 師宮本 和範（みやもとかずのり）

平成 14 年徳島大学薬学部卒、平成 16 年同大大学院薬学研究科博士前期課程修了
前職：徳島大学大学院薬科学教育部 助教、博士（薬学）助 教平野 圭一（ひらのけいいち）

平成 16 年東京大学薬学部卒、平成 21 年 Münster 大学大学院博士課程修了
前職：JSPS 特別研究員、Dr. rer. nat.

助 教

斉藤 竜男（さいとうたつお）

平成 15 年東京理科大学理学部卒、平成 21 年東京理科大学大学院博士課程修了
前職：理化学研究所基礎科学特別研究員、博士（理学）

助 教

王 超（おうちょう）

平成 14 年北京大学化学学院卒、平成 19 年北京大学大学院博士課程修了
前職：JSPS 特別研究員（定着促進）、博士（理学）

研究の概要"原子・電子レベルで現象を理解し、分子の自在構築によって物質を科学する"
１．物質科学・生命科学を支援する高度分子変換法の開発（反応化学・合成化学）
２．有機化学、無機化学、金属化学の枠を超えた周期表横断型化学（元素化学）
３．中間体・遷移状態の構造化学と反応機構の解明（物理化学・分光学・理論計算）
４．合成化学・分光学・計算化学を基盤とした物質創製（物質科学・生命科学）

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基礎有機化学教室では、1）物質の性質・現象を分子・原子・電子といった“化学の言葉”として理解し（観る・知る）、2）原子どうしの結合を自在に操る反応を開発する（創る）、3）機能ある物
質をつくりだす（産む）ことを目指し、日々研究を行っています。
分子レベルでの「ものづくり」は現代社会を支えるキーサイエンスの一つです。私たちの研究室
では、1 m の 1/10 億 (ナノメートル；nm) 以下という小さな小さな分子を緻密に構築する技術の開発に取り組んでいます。また、そのためにはこの小さな世界での出来事を正確に探る必要があります。ここで有効になるのが、計算化学・理論化学であり、物理化学・分光学です。最近の分光学・理論計算の進歩によって、物質を形成する電子の状態や、分子が反応するスナップショットを正確に予測・再現できることがわかってきました。合成化学・分光学・理論計算の３つ手法を柱として、分野横断型の元素化学/有機化学を展開し、生命現象の解明・新たな物質科学の創出に挑んでいます。

１．金属の特性を活かした分子変換法の開発
有機金属化合物は、高分子および低分子合成中間体として、工業的にも研究室的にも広く使われています。最近の有機反応開発の進歩に伴って、特に非芳香族性炭化水素の金属錯体化学は、炭素– 炭素結合形成や炭素-ヘテロ元素結合形成に大きく貢献しています。しかしながら、芳香族金属錯体化学は、その調製法が数少ないため、研究の進展が大きく遅れています。最も有効だとされてきた芳香環上でのトランスメタル化反応を用いる方法では、最初のステップに反応性の高いアルキル
リチウムや Grignard 試薬を用いる必要があるため、様々な官能基との共存が難しく、ハロゲン、
シアノ、アミド、エステルなどの電子求引性官能基やπ電子欠如系の芳香環を有する基質には適用できません。また、水素化金属や炭素化金属の不飽和結合への付加反応は、非芳香族系化合物の合成には威力を発揮しますが、芳香族系化合物には無力です。
当研究室ではこのような状況を鑑み、新たな金属試薬を分子設計し、元素の特性を活かした反応
開発を行っています。
1-1.C-N 結合の切断を介した Stille カップリング反応
クロスカップリング反応は炭素と炭素をつなぐ基本的かつ重要な反応であり、医薬化学や材料科学分野での新規化合物合成に欠かせない方法です。私たちは、遷移金属であるニッケル錯体を触媒に用いることで天然・人工物にあまねく存在するアミン類由来の C–N 結合を切断しつつ、新たなC–C 結合を形成できることを見出しました。実験化学および計算化学による詳細な解析により、フッ化物は塩基として働くだけではなく C–C 結合形成過程において重要な役割を果たしていることも明らかにしました。本手法はベンゼン環が数個さらには多数連なる望みの構造を容易に生み出すことができ、新たな医薬品ならびに機能性材料創出への貢献が期待される画期的な手法です。

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1-2.有機銅試薬の酸化還元能を活かしたフェノールおよびアニリン合成法
フェノールやアニリン類縁体は生理活性物質や機能性分子の構成ユニットとしてよく用いられる構造であり、その効率的かつ高化学選択的な合成法の開発は、新たな有用化合物、例えば創薬のシード化合物の探索を強力に支援します。そのため、これまでに多くの芳香環への水酸基およびアミノ基導入反応が開発されてきましたが、複雑な構造を有するフェノールおよびアニリンは、一般に保護・脱保護を繰り返しながら逐次的に調製されるなど、その合成に困難が伴いました。私たちは、以前当研究室で開発されたアート型銅塩基による「芳香環の位置選択的なメタル化反応」と、生じる「アリール銅の酸化還元反応」を鍵とする芳香族水酸化およびアミノ化反応を開発しました。本
手法はアート型銅塩基の高い官能基選択性により種々の芳香環およびヘテロ芳香環の C–H 結合を
直接的にヘテロ原子官能基化する手法です。

1-3.金触媒を用いた位置/環サイズ選択的環化反応
海洋産天然物によく見られる環状ポリエーテル化合物は強力な生物活性を示すことが知られています。そのため、これらの構造を効率的に構築する合成法の開拓は医薬化学において重要な課題です。私たちは 1 価の金イオンの高いπ電子親和性に着目し、三重結合を金触媒で活性化しつつ分子
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内の水酸基を環化させる戦略にて、ポリエーテル化合物の基本ユニットである二環性エーテルを合成する手法を開発しました。環化の選択性は置換基 X および Y の立体的・電子的性質によって制御が可能であり、多様な天然物構造の構築へ高い拡張性を有する新たな合成法です。

1-4.ホウ素アニオン等価体を用いたアリルボロン酸エステルの迅速合成法
有機ホウ素化合物は、C–B 結合を容易に C–C および C–ヘテロ原子結合へと変換できるため、有用な有機合成中間体です。また、近年では C–B 結合の比較的安定な性質が注目され、医薬品や機能性材料へ有機ホウ素化合物が活発に応用されており、ホウ素導入反応のさらなる発展が求められています。私たちは Lewis 塩基によるホウ素試薬の活性化を基盤とするボリルアニオンの化学に取り組んでおり、その一環としてアリルアルコールのアリルボロン酸エステルへの直接的変換反応を開発しました。これまで、複雑な構造を有するアリルボロン酸エステルの合成は煩雑かつ困難でしたが、本手法は容易に入手可能な様々なアリルアルコールを原料とすることで、これらを迅速に供給する強力な手法です。

２．理論計算化学支援による新たな物質・概念の提案
2-1.外部刺激応答性の有機蛍光色素の開発
有機色素は医療をはじめとした多くの分野で応用されており、新たな光物性を示す化合物の探索・開発が活発に行われています。我々は、岡山大医歯薬の澤田教授・神野准教授の研究グループとの共同研究にて開発したアミノベンゾピラノキサンテン分子 iso-ABPX が酸や温度、溶媒などの外部刺激に応答して２段階の大きな色調変化（無色→ピンク、ピンク→青緑）を示すことを見出しました。これは外部刺激により２つのラクトン環が段階的に開環することを利用しています。さらに、２つのラクトンが開環したジカチオン型化学種（青緑）は生体透過性の高い近赤外蛍光を発す
ることもわかりました。これらの性質により iso-ABPX は、熱変色性マルチカラーインクや比色分
析用色素、さらには近赤外蛍光生体イメージングなど、材料科学から医療へと幅広い応用が期待さ
れます。

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教育の概要基礎有機化学教室は、薬学部の講義として、学部総合科目「化学薬学概論」、学部２年生 W ター
ム「インタラクティブ有機化学」、A2 ターム「有機化学 III」
、学部３年生 S1 ターム「有機化学演習
II」、W ターム「医薬化学 III」、を担当し学部教育に参画している。
「化学薬学概論」、「インタラクティブ有機化学」「有機化学演習 II」では教員が連携して担当している。
「有機化学 III」ではカルボニル化合物の化学、芳香族化合物の化学を中心に、薬学の根源である分子構造からその物性・機能を考える力を身につけられるよう講義をおこなっている。
「医薬化学 III」では有機分子の設計のための論理・軌道概念と化学の教育を講義し、合成化学、反応化学とは別の視点での有機化学の電子構
造化学概念とその生命科学・創薬化学への応用を、学生の理解と考える努力を促すよう作成した資料を基に解説を行なっている。また、学部３年生には「薬学実習 I」の最初のセクションを担当し、基礎的な実験技術の習得だけではなく、安全に有機化学実験を行うための知識等についても丁寧に指導を行っている。大学院では「ケミカルバイオロジー特論」を担当している。
「ケミカルバイオロ
ジー特論」では、計算化学を概説し、医薬化学を指向した基礎有機化学と構造有機化学について講義している。
研究室内では、「原子・電子レベルで現象を理解し、分子の自在構築によって物質を科学する」という研究目標を達成すべく、人材育成を行なっている。創薬研究には、有機化学・物理化学・計算化学等の幅広い教養とともに自らが考える力を併せ持つ必要がある。日々の研究においては一人一人とのディスカッショ
ンを密に行ない、研究テーマから各種実験技術の習得等、綿密な教育を心がけているのと同時に、自由な発想に基づく各自のアイデアを重視している。当教室におけるセミナーでは、研究報告および文献紹介を定期的に行ない、研究の理解・プレゼンテーション及び議論する能力の習得に力を入れている。セミナーにおいては学年に関係なく活発な議論が行なわれることが当教室のセミナーの特長である。さらに研究室外においても積極的に研究室メンバーが関連学会・シンポジウムに参加することを奨励し、国内外の研究者との意見交換によって自身の研究の意義を再確認し、視野を広げることにも努めている。研究活動において英語による議論は重要であり、教室内での外国人研究員を含めた論理的な議論はもとより、メンバー
を海外（本年度は英国 Manchester 大学など）へ派遣する機会も設けており、国際的に活躍できる人材育成を実践している。

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自己点検･評価
当研究室は、２０１０年４月からの新設教室であるが、改築や設備の導入などは概ね完了し、充実した研究・教育活動を行っている。本年度は、博士課程の学生５名を筆頭に、修士課程学生、４年生が研究室スタッフとともに日夜研究活動に励み、学会等で成果発表を行っている。さらに当教室では他の研究グループとの共同研究も盛んであり、それらの成果は国際誌に学術論文として掲載されている。こうした業績は国内外からの注目を浴びており、国際学会を含む招待講演、ならびに開発した試薬の市販化（東ソー・ファインケム株式会社より水系アニオン重合触媒が市販化されている）など広く評価を受けている。
当教室では化学を基盤とし、物質科学・生命科学への貢献、これまでの有機化学・無機化学の枠を超えた元素化学の構築、さらに計算化学・物理化学によるより深い理解を目標として研究を行っている。同様に、そのような幅広い分野で活躍し、国際的にリーダーシップを発揮できる人材を今後輩出していくことでさらなる発展としていきたい。
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学 術 論 文1.

Stille Coupling via C–N Bond Cleavage
Dong-Yu Wang, Masatoshi Kawahata, Ze-Kun Yang, Kazunori Miyamoto, Shinsuke Komagawa,
Kentaro Yamaguchi,* Chao Wang,* and Masanobu Uchiyama*Nat. Commun., 2016, 7, 12937 (doi:10.1038/ncomms12937).

2.

Direct Hydroxylation and Amination of Arenes via Deprotonative Cupration
Noriyuki Tezuka, Kohei Shimojo, Keiichi Hirano,* Shinsuke Komagawa, Kengo Yoshida, Chao Wang,
Kazunori Miyamoto, Tatsuo Saito, Ryo Takita, and Masanobu Uchiyama*J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9166-9171.

3.

Mechanistic Studies on the Generation and Properties of Super-electrophilic Singlet Carbenes fromBis(perfluoroalkanesulfonyl)bromonium Ylides
Kazunori Miyamoto,* Susumu Iwasaki, Ryusuke Doi, Taiga Ota, Yufuko Kawano, Junpei Yamashita,
Yuuta Sakai, Norihiro Tada, Masahito Ochiai, Satoko Hayashi, Waro Nakanishi,* Masanobu
Uchiyama,*
J. Org. Chem., 2016, 81, 3188–3198.

4.

Fused-Fluoran Leuco Dyes with Large Color-Change Derived from Two-Step Equilibrium:
iso-Aminobenzopyranoxanthenes
Yoshinao Shirasaki, Yuta Okamoto, Atsuya Muranaka,* Shinichiro Kamino, Daisuke Sawada, Daisuke
Hashizume, and Masanobu Uchiyama*J. Org. Chem., 2016, 81, 12046-12051.

5.

Cross-Coupling of Organolithium with Ethers or Aryl Ammonium Salts by C–O or C–N Bond Cleavage
Ze-Kun Yang, Dong-Yu Wang, Hiroyuki Ogawa, Hiroki Minami, Takashi Ozaki, Tatsuo Saito,
Kazunori Miyamoto, Chao Wang* and Masanobu Uchiyama*
Chem. Eur. J., 2016, 22, 15693-15699.

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6.

Improvement in Aqueous Solubility of Retinoic Acid Receptor (RAR) Agonists by Bending the
Molecular StructureMichiaki Hiramatsu, Yuki Ichikawa, Shusuke Tomoshige, Makoto Makishima, Atsuya Muranaka,
Masanobu Uchiyama, Takao Yamaguchi, Yuichi Hashimoto, Minoru Ishikawa*Chem. Asian J., 2016, 11, 2210-2217.

7.

Water-Tunable Solvatochromic and Nanoaggregate Fluorescence: Dual Colour Visualisation and
Quantification of Trace Water in Tetrahydrofuran
Masaru Tanioka, Shinichiro Kamino,* Atsuya Muranaka, Yoshinao Shirasaki, Yousuke Ooyama,
Masashi Ueda, Masanobu Uchiyama, Shuichi Enomoto, and Daisuke Sawada*
Phys. Chem. Chem. Phys., 2016 19, 1209-1216.

8.

General Synthesis, Structure, and Optical Properties of Benzothiophene-Fused Benzoheteroles
Consisting of Group 15 and 16 Elements
Mio Matsumura, Atsuya Muranaka,* Rina Kurihara, Misae Kanai, Kengo Yoshida, Naoki Kakusawa,
Daisuke Hashizume, Masanobu Uchiyama and Shuji Yasuike*
Tetrahedron, 2016, 72, 8085-8090.

9.

Rhodium-catalyzed (Perfluoroalkyl)olefination of Acetanilides Leading to Perfluoroalkylated Aromatics
Kohei Harada, Noriyuki Tezuka, Keiichi Hirano,* Kazunori Miyamoto, Tatsuo Saito, and Masanobu
Uchiyama*
Chem. Pharm. Bull., 2016, 64, 1442-1444.

10. Gold-Catalyzed Cyclization of Alkyne Alcohols: Regioselective Construction of Functionalized 6,6and 6,7-Bicyclic Ethers
Mio Kubota, Tatsuo Saito,* Kazunori Miyamoto, Keiichi Hirano, Chao Wang, and Masanobu
Uchiyama*
Chem. Pharm. Bull., 2016, 64, 845-855.
11. Microcrystallization of a solution-processable organic semiconductor in capillaries for high performance
ambipolar field-effect transistors
Satoshi Watanabe,* Takuma Fujita, Jean Charles Ribierre, Kazuto Takaishi, Masanobu Uchiyama,
Chihaya Adachi, Tsuyoshi Muto, Tetsuya Aoyama, and Mutsuyoshi Matsumoto
ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2016, 17, 17574-17582.
12. Allylic Borylation of Tertiary Allylic Alcohols: A Divergent and Straightforward Access to Allylic
Boronates
Kohei Harada, Marina Nogami, Keiichi Hirano,* Daisuke Kurauchi, Hisano Kato, Kazunori Miyamoto,
Tatsuo Saito, and Masanobu Uchiyama*Org. Chem. Front., 2016, 3, 565-569.
13. Zinc diethyldithiocarbamate as an inducer of metallothionein in cultured vascular endothelial cells
Tomoya Fujie, Yukino Segawa, Akane Uehara, Takehiro Nakamura, Tomoki Kimura, Eiko Yoshida,
Chika Yamamoto, Masanobu Uchiyama, Hiroshi Naka,* and Toshiyuki Kaji*
J. Toxicol. Sci., 2016, 41, 217-224.

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14. Enhanced Organic Solar Cells Efficiency through Electronic and Electro-optic Effects Resulting from
Charge Transfers in Polymer Hole Transport Blends
Calvyn T. Howells, Khalid Marbou, Haeri Kim, Kwang Jin Lee, Benoît Heinrich, Sang Jun Kim, Aiko
Nakao, Tetsuya Aoyama, Seiichi Furukawa, Ju-Hyung Kim, Eunsun Kim, Fabrice Mathevet, Stéphane
Mery, Ifor D. W. Samuel, Amal Al Ghaferi, Marcus S. Dahlem, Masanobu Uchiyama, Sang Youl Kim,
Jeong Weon Wu, Jean-Charles Ribierre, Chihaya Adachi, Dong-Wook Kim, and Pascal André*
J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 4252-4263.
総 説・著 書1.

Determination of Absolute Configuration of Axially Chiral 2,2'-Bipyridyl Using Vibrational Circular
Dichroism (VCD) SpectraAtsuya Muranaka, Kazuto Takaishi, and Masanobu Uchiyama
JASCO Report, 2016, 58, 34-38.

2.

Reaction Development on pai- and sigma-Conjugated Bonds and Creation of Innovative Functions
Ryo Takita
YAKUGAKU ZASSHI, 2016, 136, 883-893.

3.

Development of Heteroatom Introducing Methodologies Based on Ate Complex Formation:
Perfluoroalkylation, Borylation, Aromatic Hydroxylation and Amination Reactions
Keiichi Hirano
YAKUGAKU ZASSHI, 2016, 136, 1455-1468.

4.

Deprotonative Metalation Using Alkali Metal-Non Alkali Metal Combination
Floris Chevallier, Florence Mongin,* Ryo Takita, and Masanobu Uchiyama*
Arene Chemistry: Reaction Mechanisms and Methods for Aromatic Compounds (BOOK)
Jacques Mortier (Ed.), WILEY, 2016, 777-812.

5.

Development of Novel Methodologies in Organic Synthesis Based on Ate Complex Formation
Keiichi Hirano and Masanobu Uchiyama
TCI MAIL, 2016, 171, 2-25.

6.

フタロシアニン系近赤外色素の合成技術
村中 厚哉, 内山 真伸
機能性色素の新規合成・実用化動向（BOOK）
CMC 出版, 第 3 章（p. 53-62）

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学 会 発 表招 待 講 演1.

日本薬学会 第 136 年会 奨励賞受賞講演, 2016 年 3 月 27 日, 横浜, アート錯体化を基盤とするヘテロ原子導入反応の開発：パーフルオロアルキル化、ホウ素化、芳香族水酸化およびアミノ化反応, 平野 圭一.

2.

愛知学院大学薬学部特別講演会, 2016 年 4 月 22 日, 愛知, 愛知学院大学薬学部, 化学系薬学研究で拓く新しい化学, 内山 真伸.

3.

第７１回有機合成化学協会関東支部シンポジウム, 2016 年 5 月 14 日, 東京, 東京農工大学,
理論計算と合成化学の融合による反応開発と物質創製, 内山 真伸.

4.

平成２８年度（前期）有機合成化学講習会, 2016 年 6 月 15 日, 東京, 日本薬学会長井記念ホール, 理論計算と合成化学の融合による反応開発と機能創出, 内山 真伸.

5.

東京理科大学工学部特別講演会, 2016 年 10 月 4 日, 東京, 東京理科大学, 理論と実験の融合
で新たな科学に挑む！, 内山 真伸.

6.

平成２８年度 化学技術基礎講座 製品開発に必要な有機合成化学の基礎, 2016 年 10 月 6 日,
東京, 日本化学会 化学会館, 理論計算で拓くものづくりの化学, 内山 真伸.

7.

静岡県立大学薬学部特別講演会, 2016 年 11 月 28 日, 静岡, 静岡県立大学, 理論と実験でドライブする有機合成化学, 内山 真伸.

8.

金沢大学若手講演会, 2016 年 9 月 29 日, 金沢, アート錯体化で拓く新たな有機合成反応, 平
野 圭一.

一 般 講 演1.

日本化学会第 96 春季年会, 2016 年 3 月 24 日, 京都, 多様な構造をとる芳香族ベンジフタ
ロシアニンの合成と物性（東京大学、理化学研究所）鳥海 尚之, 柳 俊佑, 村中 厚哉, 平野 圭
一, 内山 真伸.

2.

日本化学会第 96 春季年会, 2016 年 3 月 25 日, 京都, アート錯体化を基盤とするホウ素化
およびパーフルオロアルキル化反応（東京大学、理化学研究所）平野 圭一, 滝田 良, 内山 真
伸.

3.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 28 日, 横浜, ユビキタス金属の特性を活かした新たなクロスカップリング反応の開発（東京大学、理化学研究所）王 超, 内山 真伸.

4.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 28 日, 横浜, 二段階に大きく色調変化するローダミ
ン縮合型色素の設計と合成（東京大学、理化学研究所、岡山大学）白崎 良尚, 岡本 悠汰, 村中 厚哉, 神野 伸一郎, 澤田 大介, 内山 真伸.

5.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 28 日, 横浜, 近赤外光を強く吸収する 20 π 反芳香族性ベンジフタロシアニンの開発（東京大学、理化学研究所）柳 俊佑, 鳥海 尚之, 村中 厚哉, 内

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山 真伸.
6.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, 銅試薬の特性を活かした嵩高い化合物を基質とするクロスカップリング反応（東京大学、理化学研究所）大井 未来, 大塚 麻衣, 北沢 裕, 金澤 純一朗, 滝田 良, 内山 真伸.

7.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, アート型銅塩基を用いた位置・化学選択的な水酸基およびアミノ基導入反応（東京大学、理化学研究所）手塚 則亨, 下條 弘平, 平野 圭
一, 滝田 良, 内山 真伸.

8.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, 超原子価ジアリール(トリフラート)ブロ
マン (III) を用いたヨードアルカンの直接的トリフラート化反応 :ヨードアルカンの新たな活性化法（東京大学、理化学研究所）川角 亮介, 宮本 和範, 増本 優衣, 内山 真伸.

9.

日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, C–N 結合切断型 Stille カップリング反応の開発（東京大学、理化学研究所）王 東宇, 楊 沢コン, 宮本 和範, 王 超, 内山 真伸.

10. 日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, 高歪みアルキンの重合（東京大学、理化学研究所） 岡田 侑己, 水越 祥英, 巳上 幸一郎, 宮本 和範, 内山 真伸.
11. 日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, ボレニウム種を活用する触媒的ホウ素化反応（東京大学、理化学研究所） 木谷 文也, 今堀 龍志, 滝田 良, 内山 真伸.
12. 日本薬学会 第 136 年会, 2016 年 3 月 29 日, 横浜, 金触媒による環化方向性制御を鍵とするサイズ選択的エーテル環合成法の開発（東京大学、理化学研究所） 久保田 美央, 斉藤 竜男,
滝田 良, 内山 真伸.
13. 第 14 回 次世代を担う有機化学シンポジウム, 2016 年 5 月 27 日, 東京, 芳香族性に関する
新概念、新解析法と近赤外色素創製研究（東京大学、理化学研究所）鳥海 尚之, 柳 俊佑, 村中 厚哉, 内山 真伸
14. 第 109 回 有機合成シンポジウム, 6 月 8 日, 東京, 銅の特性を生かした芳香族 C–H 結合の直接的水酸化およびアミノ化反応（東京大学、理化学研究所）手塚 則亨, 下條 弘平, 平野 圭
一, 滝田 良, 内山 真伸.
15. 第 109 回 有機合成シンポジウム, 6 月 8 日, 東京, 銅の特性を活かしたクロスカップリング
反応：立体障害に強いカップリング反応の開発と理論的解明（東京大学、理化学研究所）大井
未来, 大塚 麻衣, 金澤 純一朗, 滝田 良, 内山 真伸.
16. 第 5 回超原子価ヨウ素国際会議, 7 月 4 日, スイス, Mechanistic Investigation on the Generation
and Properties of Super-electrophilic Singlet Carbenes from Bis(perfluoroalkanesulfonyl)halonium
Ylides（東京大学、理化学研究所、徳島大学、和歌山大学）Kazunori Miyamoto, Susumu Iwasaki, Ryusuke
Doi, Taiga Ota, Yufuko Kawano, Norihiro Tada, Masahito Ochiai, Satoko Hayashi, Waro Nakanishi, Masanobu
Uchiyama.

17. 第 27 回 基礎有機化学討論会, 2016 年 9 月 1 日, 広島, 二段階に大きく色調変化するローダミン縮合型色素の合成と光物性（東京大学、理化学研究所、岡山大学）白﨑 良尚, 村中 厚哉, 神野 伸一郎, 橋爪 大輔, 澤田 大介, 内山 真伸.

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18. 第 27 回 基礎有機化学討論会, 2016 年 9 月 1 日, 広島, 20π 電子系ヘミポルフィラジンにおける常磁性環電流効果と HOMO-LUMO ギャップの相関（東京大学、理化学研究所）村中 厚
哉, 白﨑 良尚, 八木 宝, 内山 真伸.
19. 2016 年 光化学討論会, 2016 年 9 月 6 日, 東京, Development of 4nπ-electron antiaromatic
porphyrinoids that exhibit intense near-IR absorption（東京大学、理化学研究所）柳 俊佑, 鳥海 尚之, 村中 厚哉, 内山 真伸.
20. 第 19 回 ヨウ素学会シンポジウム, 2016 年 9 月 16 日, 千葉, ジアリール-λ3-ヨーダンによるヨードアレーンへのアリール基転移反応の反応機構 (東大院薬, 理研) 増本 優衣, 井内 拓
人, 落合 正仁, 宮本 和範, 内山 真伸.
21. 第 46 回 複素環化学討論会, 2016 年 9 月 26 日, 金沢, ボリルアニオン等価体を用いたアリ
ルボロン酸エステルの合成法（東京大学、理化学研究所）野上 摩利菜, 原田 康平, 平野 圭一,
内山 真伸.

22. International Symposium on C–O Activation (ISCO-2016), 9 月 26 日, 兵庫, Cross-Coupling
Reactions via C–O/C–N Bond Cleavage with Base Metal Reagents（東京大学、理化学研究所）
王 超, 内山 真伸.
23. 第 46 回 複素環化学討論会, 2016 年 9 月 28 日, 金沢, 銅アート塩基を用いた芳香環・ヘテ
ロ芳香環の水酸化およびアミノ化反応（東京大学、理化学研究所）平野 圭一, 手塚 則亨, 下條 弘平, 滝田 良, 内山 真伸.
24. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 7 日, 静岡, 有機スズ化学の新展開：スタニルリチウムの新たな調製法の開拓と C–N 結合切断型 Stille カップリング反応の開発（東京大学、理化学研究所）王 超, 内山 真伸.
25. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 7 日, 静岡, 金触媒による環化方向性制御を鍵とするサイズ選択的エーテル環合成法の開発（東京大学、理化学研究所）久保田 美央, 斉
藤 竜男, 内山 真伸.
26. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 7 日, 静岡, 超原子価ジアリールブロマンを用いたアルキルトリフラートの新規合成法：ヨードアルカンの超原子価への活性化反応（東京大学、理化学研究所）川角 亮介, 宮本 和範, 増本 優衣, 内山 真伸.
27. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 7 日, 静岡, 近赤外光を強く吸収する 4nπ
反芳香族ポルフィリン誘導体の開発（東京大学、理化学研究所）柳 俊佑, 鳥海 尚之, 村中 厚哉, 内山 真伸.
28. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 8 日, 静岡, アート型銅塩基を基軸とする
C–H 結合の位置選択的水酸化・アミノ化反応（東京大学、理化学研究所）手塚 則亨, 下條 弘
平, 平野 圭一, 滝田 良, 内山 真伸.
29. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 8 日, 静岡, 立体障害に強いクロスカップリ
ング反応：銅の特性を活用する反応の開発と理論的解明（東京大学、理化学研究所）大井 未
来, 大塚 麻衣, 金澤 純一朗, 滝田 良, 内山 真伸.

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30. 第 42 回 反応と合成の進歩シンポジウム, 11 月 8 日, 静岡, C–O/N 結合切断型村橋カップリ
ング反応の開発（東京大学、理化学研究所）楊 沢コン, 王 超, 内山 真伸.
31. 第 6 回 CSJ 化学フェスタ 2016, 2016 年 11 月 14 日, 東京, C–O/N 結合切断型村橋カップ
リング反応の開発（東京大学、理化学研究所）楊 沢コン, 王 超, 内山 真伸.
32. 第 6 回 CSJ 化学フェスタ 2016, 2016 年 11 月 14 日, 東京, 溶液中での二原子炭素の新規発生法：超原子価アルキニルヨーダンの β–脱離（東京大学、理化学研究所）成田 将大, 宮本 和範, 内山 真伸.
33. 第 6 回 CSJ 化学フェスタ 2016, 2016 年 11 月 14 日, 東京, 遷移金属を用いないアルキンのトランス選択的アルキニルホウ素化反応（東京大学、理化学研究所）野上 摩利菜, 平野 圭
一, 内山 真伸.
34. 第 6 回 CSJ 化学フェスタ 2016, 2016 年 11 月 15 日, 東京, 長波長化を志向したローダミ
ン縮合型色素の開発（東大院薬, 理研, 岡山大学）岡本 悠汰, 〇白﨑 良尚, 村中 厚哉, 神野 伸
一郎, 澤田 大介, 内山 真伸.
35. 第 43 回典型元素化学討論会, 2016 年 12 月 8 日, 仙台, 超原子価ジアリール-λ3-ブロマンによる低反応性求核試剤の求電子的アリール化反応（東京大学、理化学研究所、徳島大学、和歌
山大学）宮本 和範, 川角 亮介, 増本 優衣, 山下 泰生, 林 聡子, 中西 和郎, 内山 真伸.
36. 第 43 回 典型元素化学討論会, 2016 年 12 月 9 日, 仙台, 超原子価アルキニル-λ3-ヨーダンを用いた新規二原子炭素の発生法の開発およびその化学的性質の解明（東京大学、理化学研究所）成田 将大, 増本 優衣, 宮本 和範, 内山 真伸.
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

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◆ 附属薬用植物園 ◆
准教授

折原 裕

(おりはら・ゆたか)

昭和 53 年東京大学薬学部卒、昭和 55 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：北里大学薬学部助手、薬学博士

研究の概要
人類にとっての薬には有史以前から主として植物が用いられており、長い間の試行錯誤（人体実験）により淘汰され残ったのが現在の生薬（薬用植物）と考えることができる。そして、近代薬学
は薬用植物の成分研究（単離・構造決定・合成）で始まったと言っても過言ではない。近年、抗生物質や生物製剤の割合が増えてきてはいるが、植物由来の医薬品の重要度が減るものではなく、新
たな医薬品としてタキソールやビンブラスチンなどが発見されてきている。このように、薬用資源としての植物の研究はすでに完結したものではなく、いまだ発展途上であり、世界的に見れば資源の奪い合いと言ってもよい。英国のキュー植物園を見るまでもなく、遺伝子資源の確保に植物園が果たした役割は重要であり、薬局方に植物起源の医薬品が収載され続ける限り、薬学教育を行う薬学部は薬用植物園を維持・運営・発展させていく責務がある。
薬用植物園では植物園としての資源と環境を有効に利用し、植物組織培養を基盤技術として、主として薬用植物、裸子植物を材料とした組織培養による有用二次代謝産物の生産をめざして研究を行っている。薬用植物の組織培養に関しては、ムラサキや薬用ニンジンなどの培養細胞の工業生産例があるが、多くの植物では培養したからといって二次代謝産物が生産されるわけではなく、この点に関して画期的なブレークスルーが求められている。とくに、二次代謝産物の生合成経路およびその制御機構が明らかになれば、培養による生産にとどまらず、その応用の可能性は無限である。
ケンポナシ(Hovenia dulcis)はクロウメモドキ科ケンポナシ属に分類される東アジア原産の落葉高木であり、日本にも幅広く分布している。
ＣＭ寒天培地(2,4-dichlorophenoxyacetic acid 1mg/L、kinetin 0.1g/L、ココナッツミルク 7％を含む Murashige and Skoog 寒天培地)上で継代してきたケンポナシ培養細胞をＣＭ液体培地に移植し、４週間培養した。これをメタノールで 2 回抽出した。溶媒を留去し、水と酢酸エチルで分配し、酢酸エチル層を得た。培養細胞に明らかに多く含まれると思われる硫酸噴霧後加熱することにより特徴的な発色を示すスポットをカラムクロマトグラフィーと高速液体クロマトグラフィーにより精製し、化合物 1～10 を単離した。単離した化合物は MS、NMR 等を測定し構造を決定した。
化合物 1 はβ-sitosterol と同定した。
化合物 2 は betulinic acid 、化合物 3、
5、
7、
8 は betulinicacid から誘導されたと考えられる化合物であり、1H-NMR および 13C-NMR の比較により、zizyberenalicacid(3)、zizyberanalic acid(5)、ceanothic acid(7)、2-epi-ceanothic acid(8)と同定した。これらは同じクロウメモドキ科のサネブトナツメ培養細胞から単離された報告のある化合物である。
化合物 4 は化合物 3 のアルデヒド基がジメチルアセタール化した化合物である。化合物 6 は化合物 5 の立体異性体であり、2 位と 3 位の官能基がα配置である。化合物 9 は官能基の脱離とともに水酸化されたと考えられる化合物である。化合物 10 は化合物 7 の 28 位のカルボン酸が脱炭酸の後
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二重結合を生成した化合物と考えられる。化合物 4、6、9、10 は新規化合物であった。

その他現在進行中の研究課題としては、トリカブト培養根によるジテルペンアルカロイドの生合成、とくに N−アルキル基の由来について明らかにするべく、安定同位体標識した前駆体候補化合物を投与し、その取り込みをＮＭＲを用いて解析している。また、植物培養組織および培養薬用菌
類による抗菌化合物の生産に関しても新たな知見が得られつつある。

教育の概要
学部学生の講義として、天然物化学、インタラクティブ有機化学の講義を分担している。薬学部のカリキュラムでは植物に関連するものがきわめて少ない。講義では生の植物に触れること、薬用植物あるいは生薬に対する興味をひきおこすことを心がけている。
また、大学院修士課程の講義として基礎薬科学特論Ⅱの講義を分担している。
学生実習として６月上旬の金曜日に薬用植物園の見学を行っている。当日は、研究室メンバーを総動員して、小グループで、密度の濃い見学となるよう心がけている。
卒業実習では植物組織からの化合物の抽出・精製・単離、植物組織培養の基本技術の修得に重点を置いている。
修士課程では、自分の研究テーマに関して、新たな実験技術を論文その他の情報により得、再現

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性よく実験およびその応用ができることを目標としている。博士課程では、自ら研究テーマを設定し、その解決方法を考え、新たな実験を企画することができることを目標としている。

自己点検・評価
2004 年度、薬学系総合研究棟の新営と同時に講堂屋上に屋上緑化の一環として薬用植物園が建設された。面積は 100 ㎡程度と狭いが、樹木も成長し、芝も根付き、また、薬用植物のラベルを設置したことにより植物園らしくなってきた。今後とも植栽する植物の充実を図っていきたい。
日常の検見川キャンパスの薬用植物園の管理は非常勤の技能補佐員と行っているが、現状を維持するのが精いっぱいである。また、栽培標本植物のデータベース化および古くなったラベルの更新が進行中である。
研究面では、４〜５人程度の小グループで、適正規模と考えている。ただ、研究面でのスタッフ
がもう一人ほしいところではある。

著 書
折原 裕：薬学史事典（分担執筆）日本薬史学会編（編集代表 奥田 潤，西川 隆）薬事日報社（2016）

社会への貢献一般の見学についても都合が許す限り対応しているが、最近、熟年者のグループ（生涯大学、植物関係サークル）が増加してきている。今後、薬用植物講習会のような形で施設の公開を積極的に進めていく必要があろう。2016 年度は千葉県立千葉東高等学校の「中高生の科学研究実践活動推進プログラム」で「天然物由来成分の抽出」という講座を 10 名程度の高校生を対象に行った。なお、
2000 年からは（財）日本薬剤師研修センターで行われている「漢方薬・生薬認定薬剤師研修」の薬用植物園見学実習にも年２回協力している。

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◆ 生体分析化学教室 ◆
教

授

船津

高志

(ふなつ・たかし)

昭和 57 年早稲田大学理工学部卒、昭和 62 年同大大学院理工学研究科博士課程退学
前職：早稲田大学理工学部教授、理学博士

講

師

角田

誠

(つのだ・まこと)

平成 8 年東京大学薬学部卒、平成 12 年同大大学院薬学系研究科博士課程中退
薬学博士

助

教

岡部

弘基

(おかべ・こうき)

平成 14 年東京大学薬学部卒、平成 19 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京都医学研究機構臨床医学総合研究所研究員、博士（薬学）

助

教

飯塚

怜

(いいづか・りょう)

平成 13 年東京農工大学工学部卒、平成 16 年同大大学院工学教育部博士課程修了
前職：日本学術振興会特別研究員、博士（工学）研究の概要
当研究室では、生体分子が機能している様子や相互作用している様子を１分子解析すること
により生命機能を解明しようとしている。このために、１分子イメージングが可能な超高感度
蛍光顕微鏡システムの開発を行っている。さらに、蛍光相関分光法を組み合わせることにより細胞内の微小環境における生体分子の定量を行っている。また、酵素反応、生体分子間相互作
用を近接場光で１分子検出するためのナノ構造デバイス（Zero-mode waveguides）の開発など、
バイオナノテクノロジーの新たな技術開発にも取り組んでいる。このデバイスを用いると解離定数が数μM より大きい弱い生体分子間相互作用を１分子解析することが可能である。生体分子を単にイメージングするだけでなく、μTAS（マイクロ化学集積分析システム）によって作製した微小流路を用い、破砕した細胞から特定の分子を分離・回収できるオンチップ生体分
子ソーターも開発している。この技術と cDNA ディスプレイの手法を組み合わせることにより新機能を有するタンパク質を創製したり、標的分子に結合するアプタマーやアゴニストのスクリーニングが可能になり創薬への応用が期待される。
当研究室の具体的な研究内容は、１．リボソームに代表される生体分子機械の動作原理の解明、２．１分子検出顕微鏡による細胞機能解析、３．マイクロ・ナノデバイスによる分析科学
技術の開発である。2016 年の主な研究業績を以下に示す。
１．液滴を利用した標的微生物シングルセルゲノミクス手法の開発【背景と目的】
環境中の 99%以上の微生物は、現在の技術では培養が不可能あるいは困難な微生物とされている。これらの微生物のゲノム解析は、生態系におけるそれぞれの役割の解明のみならず、産業上有用な酵素遺伝子の取得に繋がる。近年、培養を介さない微生物ゲノム解析手法として、
シングルセルの分離・全ゲノム増幅に基づいたシングルセルゲノミクスが注目されている。シ
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－
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ングルセルゲノミクスにおける細胞分離には、フローサイトメーターを用いるのが一般的だが、「存在比率の低い微生物の検出・回収が困難である」、「コンタミネーションを防止するためクリーンルームなどの大規模施設が必要である」などの問題点が存在する。そこで本研究では、試料中の微生物をシングルセル単位で Water-in-Oil (W/O)型の液滴へと封入、標的微生物を特異的に検出・回収し、ゲノム解析を行うことにより、これらの問題を解決する手法の開発を目的とした。
【方法および結果】
1.

液滴を利用した標的微生物シングルセルゲノミクス手法の各種要素技術の確立

1.1

液滴への微生物シングルセルの封入

十字型流路を有するマイクロ流体デバイスを用い、水溶液と油溶液を高速に交差させることで、均一径の W/O
型液滴を作製することを実現した。これを利用し、核酸染色試薬である DAPI により標識した大腸菌を各種濃度
で直径約 30 μm の液滴へと封入した。作製した液滴を蛍光顕微鏡下で観察したところ、大腸菌封入数の分布はポアソン分布に従うことが確認された(Fig.1)。また、液滴に封入された大腸菌数の平均値は、大腸菌濃度と液滴の体積から算出される理論値に一致した。この結果から、封Fig. 1

液滴への微生物封入数

入率が 0.3 以下程度となるように液滴の体積と微生物濃度を調整することで、微生物をシング
ルセル単位で液滴に封入可能であることが示された。
1.2 液滴内での標的微生物の検出
標的微生物を探索・取得する方法として、酵素活性を指標とする方法を考案した(Fig. 2)。液滴内に微生物とともに特定の酵素の発蛍
光基質を封入することで、標的微生物あるいはそれを内包する液滴が蛍光を発するようになる。
この原理実証実験として、β-Fig. 2発蛍光基質を用いた標的微生物検出法

glucosidase (BGL)を有する微生物の検出を試みた。BGL
産生菌 Pseudomonas MBE-GL16 株を、BGL の発蛍光基質である Fluorescein-di-β-D- glucopyranoside (FDGlu)とともに液滴へと封入した。この結果、液滴内の MBE-GL16
株をシングルセル単位で検出することに成功した(Fig.
3)。
1.3

Fig. 3 BGL 産生微生物の検出(左：明視野像，右：蛍光像)

液滴から回収した微生物シングルセルの全ゲノム増幅

液滴に MBE-GL16 株と FDGlu を封入し、蛍光性シングルセルを含む液滴をマイクロマニピュレーターで回収した。Multiple displacement amplification 法により、MBE-GL16 株の全ゲノム増幅操作を試みた。ゲノム増幅物の 16S rRNA 配列をサンガー法シーケンサにより決定したと
ころ、MBE-GL16 株の配列と完全に一致した。以上の結果から、本手法により標的微生物のゲ
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－
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ノムを取得可能であることが示された。
2.

環境試料からの標的酵素産生微生物の探索
次に、各種要素技術を組合せ、環境

Table 1

SAG の 16S rRNA 系統解析

試料から BGL 産生微生物を探索し、そのゲノムと BGL 遺伝子を取得することを試みた。表層、あるいは深海の海水を FDGlu とともに液滴に封入したとこ
ろ、微生物全体のうち約 2%が液滴内で蛍光を発した。

Table 2

続いて、蛍光性の微生物シングルセBGL 遺伝子配列検出結果

ルを内包する液滴を回収し、微生物の全ゲノムを増幅した。6 つのゲノム増幅物(SAG A-F)の 16S rRNA 系統解析を行ったところ、いずれも過去に分離培養されていない海洋性のバクテリアに由来すると推定された(Table 1)。
続いて、これらの SAG の配列を次世代シー
ケンサにより決定し、de novo 解析を行った。
アセンブリ配列から、データベース上の配列との相同性に基づき、BGL 遺伝子配列の検出を試みた。この結果、合計 14 種類の新規 BGL 遺伝子配列を取得することに成功した(Table 2)。また、このうち 12 種類は既存の BGL 配列との相同性が 75%以下であり、本手法の利用により新規性の高い遺伝子配列の取得が可能である
ことが示された。
【結論】
液滴を用いた標的微生物シングルセルゲノミクス手法を開発し、海水中からの BGL 産生微生物のゲノムならびに標的酵素遺伝子の取得に成功した。本手法は検出方法を変えることにより種々の微生物や酵素遺伝子の探索に適用可能であり、難培養微生物のゲノム取得に有用な手法である。
２．反射蛍光顕微鏡による細胞膜受容体 MPL２量体の１分子イメージング【背景と目的】MPL は１回膜貫通型の細胞膜受容体で、巨核球・血小板系の細胞に発現している。サイトカ
インのトロンボポエチン（THPO）は MPL のリガンドで、これらの細胞の増殖や生存を制御している。その機序に MPL２量体化が重要だとされるが、詳細は分かっていない。我々は、MPLの１分子イメージングをとおして MPL２量体のリアルタイム解析に成功し、細胞増殖や生存の制御への寄与を明らかにした。
【方法及び結果】
MPL を蛍光標識するため、MPL の N 末端側に acyl carrier protein (ACP)ペプチドを連結した発現プラスミドを作製した。これを、MPL を発現していない単球系の FDC-P2 細胞株に導入し、安定発現株をいくつか単離した。ACP への転移酵素を用いることで、ACP に蛍光色素を 1:1 で共有結合させることができる。このように調製した細胞をカバーガラスに物理吸着させ、全反
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射蛍光顕微鏡で細胞膜上の MPL を観察した（Fig.4）。
全反射蛍光顕微鏡はカバーガラス近傍の蛍光分子だけを可視化するため、１分子の細胞膜受容体をイメージングすることができた。蛍光分子に励起光を照射し続けると、各分子は偶発的に退色して蛍光を出さなくなる。その回数を数えることで、各輝点が MPL 何量体に相当するかを見積もった。MPL の 75%が単量体として存在し、THPO 刺激依存的に 11%が新たに２量体化することが分かった。また、MPL 変異体やキナーゼ阻害剤により、MPL
Fig.4 観察方法
単量体・２量体の存在比が MPL リン酸化に依存することが分かった。
細胞膜受容体は、細胞膜上で自由拡散する。輝点の挙動を解析した結果、MPL が２量体化と単量体化を繰り返すことが分かった。MPL の２量体化頻度は THPO 刺激に依存しなかった。一方、MPL の２量体寿命は THPO 刺激依存的に 2.6 倍に延長することが分かった。また、MPL 変
異体やキナーゼ阻害剤により、MPL２量体寿命が MPL リン酸化に依存することが分かった。
最後に MPL２量体の生物学的意義を検討するため、２量体化に関わる領域を別のアミノ酸に置換した MPL 変異体を作製した。この変異体により、MPL２量体寿命が細胞増殖や生存の制御に重要なことが分かった。今後は、THPO を蛍光標識して MPL と同時に可視化することで、THPO 結合の有無による MPL の挙動への影響を検討したい。また、内在性 MPL の１分子イメージング方法を確立し、マウスモデルや臨床検体由来の細胞で解析することが期待される。

教育の概要
生体分析化学教室では、薬学部の講義として「物理化学Ⅱ」、「生体分析化学」、「生物物理学」を担当し、薬学における分析化学の位置づけから始まり、物質の物性、反応性、固有の性質などを利用する分離法、検出法の概要を講義している。また、単分子検出法やナノテクノロジーを用いた最新の分析法の講義を行い、学生が将来、薬学の広い領域で研究するに当たって必須の知識を与えるべく努力している。大学院講義としては、「基礎薬科学特論Ⅱ」、「生体分子解析学特論」を担当し、生物物理学ならびに分析化学的研究の最先端をトピックスとして紹介している。
教室に所属する大学院生は、研究の項で述べた課題の一部の研究に参加することによって、生物物理学者・分析化学者としての訓練を受ける。微量物質や生体試料の取り扱いに関する基本、分離分析法や蛍光・化学発光検出法の基礎、培養細胞を用いた実験、さらには単分子検出法を用いた単分子レベルでの生命現象の解明など、生物物理学および分析化学の基本から最先端までを理解し実践するよう指導している。教室のセミナーでは、研究報告と文献紹介が定期的に行われている。さらに研究グループ毎のミーティングを定期的に行い、将来、研究者として自立していけるように、一人ひとりの学生の個性に合わせたきめ細かい指導を行っている。
大学院生による研究成果は、英文で海外の学術誌に報告している。また、日本生物物理学会、
日本分析化学会、日本薬学会、さらには国際学会でも多数発表し、関係科学者から高く評価されている。最近の教室出身者の多くは、国内外の研究機関、大学、製薬企業などで、分析化学の研究および関連した創薬開発業務に就いている。

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自己点検･評価
船津高志は、2014 年より革新的イノベーション創出プログラム（COI STREAM）（研究代表者：片岡一則、期間 2013 年～2021 年）の研究分担者として、マイクロ RNA によるガンの早期診断法を引き続き開発している。また、2015 年より科学研究費補助金、新学術領域研究（研究領域提案型）「新生鎖の生物学」の公募研究の研究代表者として参画し、光ピンセットによる１分子操作技術を用いて SecM の翻訳アレストの分子機構を研究している。さらに、2016
年より科学研究費補助金、新学術領域研究（研究領域提案型）「レゾナンスバイオ」の公募研究の研究代表者として参画し、補償光学系を用いた生体深部の超解像リアルタイム分子イメージ
ング技術の開発に取り組んでいる。
岡部弘基は、細胞内の局所温度を計測することに世界で初めて成功したことが高く評価され、2012 年に日本科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業さきがけ研究（大挑戦型）（研究領域「細胞機能の構成的な理解と制御」）に研究課題「細胞内局所温度が司る細胞機能発現の解明」が採択され、研究を展開している。また、2015 年より科学研究費補助金、新学術領域研究（研究領域提案型）「温度を基軸とした生命現象の統合的理解」の発足に参画し、計画研究分担者として細胞内温度の生理的意義を研究している。これらの研究資金を得て、一分子生物物理学、分析科学に関する論文を複数発表することができ、それぞれの分野で注目を集めている。

学
1)

術

論

文

Muneki Isokawa, Tatsuo Shimosawa, Takashi Funatsu, Makoto Tsunoda. Determination andcharacterization of total thiols in mouse serum samples using hydrophilic interaction liquid
chromatography with fluorescence detection and mass spectrometry. J. Chromatogr. B. 1019: 59-65(2016). doi: 10.1016/j.jchromb.2015.11.038

2)Kazuki Nakamura, Ryo Iizuka, Shinro Nishi, Takao Yoshida, Yuji Hatada, Yoshihiro Takaki, Ayaka
Iguchi, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Takashi Funatsu. Culture-independent
method for identification of microbial enzyme-encoding genes by activity-based single-cellsequencing using a water-in-oil microdroplet platform. Sci. Rep. 6: 22259 (2016). doi:
10.1038/srep22259

3)

Naoki Ito, Eiichi Yamamoto, Tomofumi Santa, Takashi Funatsu, Masaru Kato. Effect of nanoparticle
surface on the HPLC elution profile of liposomal nanoparticles. Pharm. Res. 33 (6): 1440-1446(2016). doi: 10.1007/s11095-016-1886-4

4)Kazuki Hattori, Isao Naguro, Kohki Okabe, Takashi Funatsu, Shotaro Furutani, Kohsuke Takeda,
Hidenori Ichijo. ASK1 signaling regulates brown and beige adipocyte function. Nat. Commun. 7:11158 (2016). doi: 10.1038/ncomms11158

5)

Akihiko Sakamoto, Takashi Tsukamoto, Yuji Furutani, Yuki Sudo, Kazuyuki Shimada, Akihiro
Tomita, Hitoshi Kiyoi, Takashi Kato, and Takashi Funatsu. Live-cell single-molecule imaging of thecytokine receptor MPL for analysis of dynamic dimerization. J. Mol. Cell Biol. 8: 553-555 (2016).
doi: 10.1093/jmcb/mjw027

6)

Takahiro Kanamori, Takashi Funatsu, Makoto Tsunoda. Determination of catecholamines and
－114－
－
115 －

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related compounds in mouse urine using column-switching HPLC. Analyst. 141: 2568-2573 (2016).
doi: 10.1039/c5an02617b
7)

Yanting Song, Katsuya Takatsuki, Tetsushi Sekiguchi, Takashi Funatsu, Shuichi Shoji, Makoto
Tsunoda. Rapid quantitative method for the detection of phenylalanine and tyrosine in human plasmausing pillar array columns and gradient elution. Amino Acids. 48: 1731-1735 (2016). doi:
10.1007/s00726-016-2248-6

8)

Muneki Isokawa, Katsuya Takatsuki, Yanting Song, Kailing Shih, Kanki Nakanishi, Zhimin Xie,
Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Takashi Funatsu, Shuichi Shoji, Makoto Tsunoda. Liquid
chromatography chip with low-dispersion and low-pressure-drop turn structure utilizing a
distribution-controlled

pillararray.

Anal.

Chem.

88:

6485-6491(2016).

doi:

10.1021/acs.analchem.6b01201
9)

Yanting Song, Katsuya Takatsuki, Tetsushi Sekiguchi, Takashi Funatsu, Shuichi Shoji, Makoto
Tsunoda. Retention and bandwidth predictions by fast gradient elutionchromatography using a pillar
array column. Chromatography 37: 111-116 (2016). doi: 10.15583/jpchrom.2016.008

10) Muneki Isokawa, Kentaro Kobayashi, Yurika Miyoshi, Masashi Mita, Takashi Funatsu, Kenji
Hamase, Makoto Tsunoda. Quantification of Biological Thiols in the Plasma of a Homocystinuria
Model with Cystathionine β-Synthase Deficiency Utilizing Hydrophilic Interaction Liquid
Chromatography and Fluorescence Detection. Chromatography 37: 147-151 (2016). doi:
10.1021/acs.analchem.6b01201
11) Takaki Amamoto, Satoshi Hirakawa, Tomofumi Santa, Takashi Funatsu, Masaru Kato. Surface
modification of silica nanoparticles with 4-aryloxy boron dipyrromethene (BODIPY) enhances skinpermeation.

J.

Mater.

Chem.

B

4:

7676-7680(2016).

doi:pubs.rsc.org/en/Content/ArticlePDF/2014/CC/c4cc03168g
12) Ryo Iizuka, Taro Ueno, Takashi Funatsu. Detection and quantification of microRNAs by ligaseassisted sandwich hybridization on a microarray. Methods Mol. Biol. 1368: 53-65 (2016). doi:
10.1007/978-1-4939-3136-1_513) 由井夕湖、太田茂徳、青山千顕、角田 誠、佐藤 睦 「血清試料からのリン脂質除去が薬物
分 析 の 感 度 及 び 精 度 に 与 え る 影 響 」 分 析 化 学

65: 599-602 (2016). doi:

10.2116/bunsekikagaku.65.599
14) Shota Ushiama, Yoshihiro Ishimaru, Masataka Narukawa, Misako Yoshioka, Chisayo Kozuka, Naoki
Watanabe, Makoto Tsunoda, Naomi Osakabe, Tomiko Asakura, Hiroaki Masuzaki, Keiko Abe.
Catecholamines Facilitate Fuel Expenditure and Protect Against Obesity via a Novel Network of the
Gut-Brain Axis in Transcription Factor Skn-1-deficient Mice. EBioMedicine, 8: 60-71 (2016). doi:
10.1016/j.ebiom.2016.04.031
15) Masaaki Hirayama, Makoto Tsunoda, Mitsutoshi Yamamoto, Takao Tsuda, Kinji Ohno. Serumtyrosine-to-penylalanine ratio is low in Parkinson’s disease. J. Parkinson. Dis. 6: 423-431 (2016).
doi: 10.3233/JPD-150736
16) Satoko Nonaka-Hashida, Masae Sekine, Yuji Ozeki, Kumiko Fujii, Kazufumi Akiyama, Kazutaka
Shimoda, Makoto Tsunoda, Masumi Katane, Yasuaki Saitoh, Tetsuya Miyamoto, Hiroshi Homma.
－115－
－
116 －

目次へ

Plasma concentrations of three methylated arginines, endogenous nitric oxide synthase inhibitors, inschizophrenic patients undergoing antipsychotic drug treatment. Psych. Res. 238: 203-210 (2016).
doi: 10.1016/j.psychres.2016.02.029

総
1)

説・著

書

Ryo Iizuka, Takashi Funatsu. Chaperonin GroEL uses asymmetric and symmetric reaction cycles in
response to the concentration of non-native substrate proteins. Biophys. Physicobiol. 13: 63-69(2016). doi: 10.2142/biophysico.13.0_63

2)船津高志「蛍光顕微鏡法の展開」 Drug Delivery System 31 (2) : 108 (2016).

3)

船津高志
「細胞内 mRNA の選択的蛍光標識とイメージングによる細胞機能解析」Drug Delivery
System 31(2): 110-118 (2016).

招
1)

待

講

演

岡部弘基 「細胞内温度のイメージングと操作による温度生物学」 日本機械学会 第 28 回
バイオエンジニアリング講演会、2016 年 1 月 9 日、東京工業大学、横浜市、神奈川県

2)

Makoto Tsunoda “On-chip Liquid Chromatography for Analysis of Biological Compounds” 海南
大学セミナー、2016 年 1 月 25 日、Hainan University, Hainan, China

3)

Takashi Funatsu “Single-molecule fluorescence imaging by zero-mode waveguides” Energy,
Material & Nanotechnology Meeting On Light Matter Interactions, May 10-13, 2016, Peninsula
Excelsior Hotel, Singapore

4)

飯塚 怜「液滴を利用した標的微生物のシングルセルゲノミクス」生命機能研究グループセ
ミナー、2016 年 6 月 14 日、海洋研究開発機構横須賀本部

5)岡部弘基、シベイニ、船津高志 「細胞内温度の計測と操作による温度生物学」第 68 回日
本細胞生物学会大会、2016 年 6 月 15 日、エルサ京都、京都市、京都府

6)船津高志「３つの生命現象を見えるようにする挑戦：細胞温度、アクチン重合、ストレス
顆粒」レーザ顕微鏡研究会 第 42 回講演会（SLM-42）2016 年 7 月 7 日、理化学研究所和光キャンパス、和光市、埼玉県

7)飯塚怜「マイクロ液滴を利用した標的微生物のシングルセルゲノミクス」次世代シーケン
ス解析テクニカルセミナー（第 6 回 一細胞解析と次世代シーケンス）、2016 年 7 月 28 日、
株式会社リバネス 知識創業研究センター

8)

Takashi Funatsu “Releasing SecM translation arrest and observing resumed translation using opticaltweezers” Nascent Chain Biology Meeting 2016, September 1-3, 2016, Fuji Lake Hotel, Yamanashi,
Japan

9)

飯塚 怜「マイクロ・ナノ空間を利用した糖質加水分解酵素の探索・機能解析」第 35 回日
本糖質学会年会、2016 年 9 月 1-3 日、高知市文化プラザ かるぽーと

10) 角田誠 「生物分子モーターの一分子蛍光イメージング」

第 25 回日本バイオイメージ

ング学会、2016 年 9 月 6 日、名古屋市立大学、名古屋市
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11) 船津高志「蛍光がもたらした医学・生命科学の進歩」NPO 法人東久留米市文化協会主管、
市民大学中期コース＜公開講座＞、2016 年 9 月 14 日、東久留米市、東京都
12) 岡部弘基、シベイニ、船津高志 「細胞内温度の計測と操作による温度生物学」 第 89 回日本生化学会大会、2016 年 9 月 25 日、東北大学、仙台市、宮城県
13) Takashi Funatsu, Kohki Okabe “Development of fluorescent thermometers for mapping intercellulartemperature” The 12th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis(NMS-XII), October 14-19, 2016, Huna Agricultural University, Changsha, China
14) 岡部弘基 「細胞内局所温度の計測と操作による温度生物学」 CBI 学会 2016 年大会、2016
年 10 月 27 日、タワーホール船堀、江戸川区、東京都
15) Makoto Tsunoda “Development of Pillar Array Columns with Low-dispersion Turns” 16thAsiaPacific International Symposium on Microscale Separations and Analysis (APCE2016)、2016 年 11
月 9 日、Johor Bahr、Malaysia16) Kohki Okabe "Imaging and manipulation of temperature", 114th International Titisee Conference,
November 16-20, 2016, Treschers Schwarzwaldhotel am See, Titisee, Germany17) Kohki Okabe "Thermal biology by imaging and manipulation of temperature", 10th Anniversary
International Symposium on Nanomedicine, November 24, 2016, The National Institute ofAdvanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan18) 岡部弘基 「単一細胞内局所加熱による細胞熱応答の原理の解明」 日本生物物理学会第 54
回年会、2016 年 11 月 25 日、つくば国際会議場、つくば市、茨城県
19) Makoto Tsunoda “Single molecule imaging of molecular motors” the XVII International Symposium
on Luminescence Spectrometry (ISLS 2016)、2016 年 11 月 25 日、Taipei、Taiwan20) 岡部弘基 「細胞内局所温度変動によるシグナル伝達」 第 1 回バイオサーモロジーワーク
ショップ、2016 年 12 月 9 日、岡崎カンファレンスセンター、岡崎市、愛知県

社会への貢献
船津高志：
早稲田大学

生命医療工学研究所

一般社団法人日本生物物理学会

日本バイオイメージング学会

招聘研究員
分野別専門委員

副会長、庶務担当理事

Editorial Board Member, Bioanalytical Reviews
角田誠：名古屋大学大学院医学系研究科

客員研究者

日本分析化学会「分析化学」編集幹事
日本分析化学会
日本薬学会

関東支部幹事物理系薬学部会若手世話人

クロマトグラフィー科学会

役員

Editor, Chromatography
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Editorial Board Member, Heliyon
Editorial Advisory Board, Chromatographia
岡部弘基：

日本薬学会『ファルマシア』誌トピックス
独立行政法人科学技術振興機構
一般社団法人飯塚

研究者

日本生物物理学会

独立行政法人科学技術振興機構

編集小委員

分野別専門委員
Science for Society (SciFoS)活動メンバー

怜：

公益財団法人川崎市産業振興財団

一般社団法人日本生物物理学会

ナノ医療イノベーションセンター

客員研究員

分野別専門委員

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◆生命物理化学教室◆
教 授

嶋田 一夫

(しまだ いちお)

昭和 53 年東京大学卒、昭和 55 年同大学大学院理学系研究科修士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科助教授、理学博士
併任：独立行政法人産業技術総合研究所、研究顧問

准 教 授

西田 紀貴 （にしだのりたか）

平成 11 年３月東京大学卒、平成 16 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学助教、薬学博士

助 教

上田 卓見（うえだたくみ）

平成 12 年３月東京大学卒、平成 17 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：バイオ産業情報化コンソーシアム特別研究職員、薬学博士

特 任 助 教幸福 裕 （こうふくゆたか）

平成 14 年３月東京大学卒、平成 21 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学特任研究員、薬学博士

研究の概要
蛋白質は生命現象のさまざまな局面において重要な役割を果たしている。例えば、生体内に導入された薬物も、多くの場合、受容体蛋白質と特異的な相互作用を行うことによって、薬理作用を発現している。一方、ヒトなど様々な生物種のゲノムプロジェクトは、われわれに飛躍的に充実した遺伝子配列データ－ベースを提供し、生命現象を鳥瞰的に捉えることの可能性を示した。
すなわち、分子生物学的、細胞生物学的および構造生物学的手法により、遺伝子産物でありかつ生体機能発現の実体である蛋白質の機能解明を行うことが今後の生命科学研究、創薬研究において必須である。
核磁気共鳴法は（NMR）は、水溶液中の蛋白質の立体構造を研究する唯一の物理化学的手法である。NMR 法の特徴は、蛋白質、核酸、糖などの生体高分子の静的および動的構造情報を、原子レベ
ルの分解能で抽出できる点にある。したがって、生体高分子全体を対象にして、NMR による徹底的な解析を行えば、その立体構造ならびにその機能発現機構を明らかにすることが可能である
当研究室では構造生物学的アプローチにより、蛋白質による分子認識と情報伝達の分子機構の解明を進めている。
(1)蛋白質による分子認識
蛋白質の機能発現にあたり、初期のそして極めて重要な事象は、分子認識である。蛋白質がいかにして対象を認識し、その結果何が誘発されるか、そして他の生体物質とどのような生体内ネット
ワークを構築しているか、この問いに答えることが、生命現象の理解につながると考える。
我々は、NMR 法によるアプローチに加え、分子生物学的手法を導入し、蛋白質の分子認識を理解することを目指している。

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(2)生命現象の構造生物学的理解
NMR の進歩により、溶液中における生体分子の立体構造を基盤として生命現象を語ることができる様になった。我々は、ディスタンスジオメトリー法により生理活性蛋白質および免疫系蛋白質の水溶液中における動的立体構造を決定し、その構造と機能の相関を解明している。また、従来、構造解析の対象として困難であった膜蛋白質に対しても、NMR 測定法および膜蛋白質精製法の開発・改良を通し、膜蛋白質・リガンド相互作用解析戦略の確立を目指している。
(3)NMR による研究法の開拓
ポストゲノムにおける最重要研究テーマは、遺伝子産物である蛋白質がいかにして他の蛋白質および核酸などの生体高分子と相互作用し機能発現しているかを原子レベルの精度で解明することである。そこで、蛋白質－蛋白質、蛋白質－核酸、蛋白質－糖および蛋白質－生体膜間相互作用解明のための NMR 測定・解析法の開発を行っている。

教育の概要
生命物理化学教室は、学部の講義として「物理化学１」のすべてと、「構造分子薬学」、「医療科学
２」の一部を担当している。
「物理薬学１」では、薬学部進学内定者に対して、主として分光学の基礎となる量子化学の講義を行っている。また、「構造分子薬学」では、薬学部進学者に対して構造生
物学の主要な手法の一つである核磁気共鳴法の原理および応用を、また、「医療科学２」では、薬学領域で繁用される種種の分光法を講義している。また、大学院の講義として「生命物理化学特論」を受け持ち、構造生物学の先端的研究内容の紹介などを行っている。
研究室員は与えられた研究テーマを通して、分子生物学・生化学的手法および核磁気共鳴法をはじめとした分光法による構造生物的手法を習得し、生命現象を分子および原子レベルで捉え考察できるようなる。研究室セミナーでは、研究報告および文献紹介を行っている。セミナーの目的は、主として論理的思考能力および研究内容の表現能力の向上である。また、研究により得られた成果
は、国内外の学会および国際誌に発表し、その評価を仰ぐとともに、各人がサイエンスの向上に貢献することを目指している。
研究室出身者は、研究機関、大学、企業、公官庁に就職し、活躍している。

自己点検・評価
本研究室では、生命現象の解明と創薬研究への応用を目指し、構造生物学的手法の一つである、
核磁気共鳴法を用いて、手法の開発および応用を行っている。本年度は高分子量タンパク質の運動性検出の手法開発と応用に関して進展があった。

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pH 依存性カリウムイオン (K+) チャネル KcsA は、細胞内 pHが 5.0 以下に低下することで開口する。KcsA の各サブユニット
は 2 本の膜貫通へリックスからなる膜貫通領域と、1 本の α-へ
リックスからなる細胞内領域からなり、4 量体を形成することにより機能する。4 量体の中央には K+透過路が形成され、K+の選択的透過を担う selectivity filter (SF) と、各サブユニットの 4本の膜貫通へリックスが組み合わさった helix bundle crossing(HBC) の 2 か所の領域が K+透過を制御するゲートとして機能する (Fig.1A) 。
KcsA の単一チャネル電流解析より、KcsA が活性化する pH
3.0 の条件において、3,000 s-1 程度のサブミリ秒のタイムスケー
ルで K+を透過しない状態と、K+を透過する状態を遷移していることが知られている (Fig.1B) 。このサブミリ秒オーダーの開閉は真核生物の K+チャネルにおいても観測されており、神経伝
達速度の制御に関与していることが示唆されているものの、どの部位の構造変化に起因するのかは明らかとなっていない。こFig.1 (A) KcsA の立体構造 (PDB
ID: 3EFF) (B) pH 3.0 におけるKcsA の単一チャネル電流解析の結果 (Chakrapani et al, 2007)のサブミリ秒オーダーの開閉の構造機構を明らかにするには、
KcsA のどの部位に化学交換が存在するかを明らかにする必要がある。
界面活性剤に可溶化した KcsA4 量体は分子量が 120 kDa 以上となり、シグナルの感度と分解能が大きく低下する。このような場合、側鎖メチル基を選択的に 1H, 13C 標
識 し た 試 料 を 用 い て 、 多 量 子 (multiple
quantum,MQ)

遷 移 を 観 測 す る
Fig.2 (A) Methyl-TROSY 法により観測対象となる多量子遷移のエネルギー図 (B) A 状態, B 状
態の 2 状態間の化学交換にある
113系の説明図。(X= H or C)

methyl-TROSY 法 が 有 効 で あ る 。
Methyl-TROSY 法で観測する MQ 遷移は、
Fig.2(A) に示すような零量子 (zero quantum,ZQ) 遷移と二量子 (double quantum, DQ) 遷
移からなる。

DQ 遷移と ZQ 遷移はエネルギー差が異なるため、Fig.2 (B) に示すような 2 状態の化学交換がある場合、DQ 遷移は ΔωC+ΔωH、ZQ 遷移は ΔωC–ΔωH の異なる化学シフト差により緩和が生じる。したがって、methyl-TROSY 法によるマイクロ秒からミリ秒の化学交換の解析を行う場合、DQ 遷移, ZQ
遷移の化学交換による緩和の影響が打ち消しあうため、化学交換が存在する部位の同定や、化学シ
フト差の大小や速度論的なパラメーターを定量的に評価することが困難であった。
そこで、本研究は、(1) 高分子量タンパク質の側鎖メチル基を対象として、マイクロ秒からミリ
秒オーダーの化学交換を解析する新規 NMR 手法の開発すること、そして開発した手法により (2)KcsA のサブミリ秒オーダーの開閉がどの部位の構造変化、化学交換に起因するのかを明らかにすることを目的とした。
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(1) 高分子量タンパク質の側鎖メチル基を観測対象とし、マイクロ秒からミリ秒オーダーの化学交換が存在する部位の検出、その定量的評価が可能なメチル-ΔRMQ 法を確立した。
高分子量タンパク質の化学交換を解析する汎用性の高い手法を考案するにあたり、本研究では多量子遷移の緩和速度の差 ΔRMQ に着目した。ΔRMQ は下記のように DQ 遷移と ZQ 遷移の緩和速度 RDQ,RZQ の差によって定義されるパラメーターである。

ΔRMQ における化学交換の寄与は、Fig.2 (B) の化学交換のパラメーターを用いて下記の式で近似することができる。

ΔRMQ,ex の大きさは 1H, 13C 化学シフト差の積に対して比例することから、化学シフト差の違いをより鋭敏に反映し、その大きさを定量的に比較することが容易となると考えた。また ΔRMQ は多量子遷移からなるため methyl-TROSY 効果によって、高感度かつ高精度に解析することが可能である。
ただし、ΔRMQ の実測値には化学交換の寄与 ΔRMQ,ex だけではなく、化学交換非依存項 ΔRMQ,0 が含まれ、その大きさは高分子量タンパク質では ΔRMQ,ex と同程度になりうる。そこで、本研究では交換
速度に応じて ΔRMQ,ex を分離して評価するための 2 つの手法、異種核二重共鳴 (HDR) 法と、磁場依存性解析法を用いることとした。
第 1 の方法である HDR 法では、10 kHz 程度の高周波数の HDR パルスを照射しながら、ΔRMQ を測定すると、通常は 1 kHz 程度の大きさである化学シフト差がほぼ完全に平均化し、ΔRMQ,ex の大きさがほぼ 0 になることを利用する。以下の式のように、HDR 非照射時に測定した ΔRMQ(–)と HDR を照射しながら測定した ΔRMQ(+)の差を計算することで、ΔRMQ,ex を算出することが可能となると考えた。
HDR 法は HDR パルスが化学シフト差を平均化できる、交換速度が 102~104 (s-1) の化学交換に有効である。
異種核二重共鳴非照射時
異種核二重共鳴照射時

第 2 の方法である磁場依存性解析法は、ΔRMQ,ex の大きさが磁場強度の 2 乗に比例することを利用して化学交換の寄与を解析する方法である。磁場強度の 2 乗に対する ΔRMQ の傾き S は下記式で表せられる。S には化学交換の寄与に加えて、CSA 相互作用の寄与 ΔCSA の大きさも反映されるため半定量的ではあるが、HDR 法の適用が困難な、交換速度が 104~105 (s-1) の化学交換に有効である。

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以上より、高分子量タンパク質の側鎖メチル基の ΔRMQ を算出し、HDR 法もしくは磁場依存性解析法により化学交換の寄与を抽出する一連の解析法であるメチル-ΔRMQ 法を考案した。モデルタン
パク質を用いた検討から、化学交換がない系で ΔRMQ,ex が検出されないこと、化学交換が存在する系で正しい ΔRMQ,ex を算出できたことを示し、メチル-ΔRMQ 解析を確立することに成功した。
(2) 野生型 KcsA のメチル-ΔRMQ 解析より、サブミリ秒オーダーの化学交換が存在する部位を同定した。
界面活性剤ミセルに可溶化した野生型
KcsA の側鎖 Leu, Val メチル基を解析対象として、メチル-ΔRMQ 解析法を適用した。磁場依存性解析法により各メチル基の ΔRMQ の傾
き S を算出したところ、Leu40δ2 や Val76γ1,
Leu110δ1 をはじめとするメチル基には ΔCSAの予測値よりも顕著に大きな S が観測されており、これら部位にサブミリ秒オーダーの化学交換が存在することが分かった (Fig.3) 。

Fig.3 (A) KcsA のメチル-ΔRMQ 解析において、顕著な Sが観測された部位をピンクで示した。 (B) 立体構造上へのマッピング (PDB ID :3pjs)(3) サブミリ秒オーダーの開閉の性質の異なる E71Q 変異体とのメチル-ΔRMQ 解析結果の比較より、開閉に伴う構造変化と関連した化学交換が存在する部位を同定した。
サブミリ秒オーダーの開閉の性質が異なる E71Q 変異体と比較することで、ゲート開閉を反映した化学交換を同定することとした。野生型と E71Q 変異体とで単一チャネル電流解析におけるサ
ブミリ秒オーダーの開閉を比較した場合、野生型では K+を透過しない状態の割合が 20 %程度である一方、E71Q 変異体では K+を透過しない状態の割合が 40 %程度にまで上昇している。
そこで E71Q 変異体についても∆RMQ の磁場依存性を解析し、野生型と比較した。その結果、Leu35δ2, Leu41δ1, Val84γ2, Val91γ2,
Val93γ2 には野生型と比べて E71Q 変異体で S の増大が観測された(Fig.4) 。これらの部位にはゲーティングの変化と対応した pB の増大が生じている部位であることが示唆され、サブミリ秒オーダーの開閉と密接に関連した化学交換が存在する部位であると同定した。

Fig.4 E71Q 変 異 体 の メ チ ル-ΔRMQ 解析において、S の増大が観測された部位をマゼンタ
で、S の減少が観測されたメチ
ル基をシアンでマッピングした。(PDB ID :3pjs)

SF ゲートを形成する Val76γ1 に着目した場合、野生型と E71Q 変異体では S の変化は観測されていないことから、SF ゲートはサブミリ秒オーダーの開閉において、顕著な構造、運動性の違いが生じていないことが分かった。一方、膜貫通領域のへリックス間の相互作用部位（Val91γ2, Val93γ2）や HBC ゲート近傍（Leu35δ2）に S の増大が観測されていたことから、K+透過活性の変化は膜貫通領域のへリックスの構造、運動性の変化を伴うことが示唆された。
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以上より、KcsA のサブミリ秒オーダーの開閉は、HBC
ゲートの構造変化に起因するという機構を提唱した。
本研究において、高分子量タンパク質の側鎖メチル基を対象として、マイクロ秒からミリ秒オーダーの化学交換を解析するメチル-ΔRMQ 解析法を確立し、そして KcsA のサ
ブミリ秒オーダーの開閉は、HBC ゲートの構造変化を伴う
化学交換に起因するという構造機構を提唱した。本研究で提唱された機構は K+チャネルのポア領域の高い保存性か++

ら、他の真核生物の K チャネルにも適用可能であり、Kチャネルをターゲットとした新規薬物の開発に資すること

Fig.5 提唱したサブミリ秒オーダーの開閉の構造機構の模式図 (電気生理解析は(Chakrapani et al, 2007)より)が期待される。

学 術 論 文1) Conductance of P2X4 receptor is determined by conformational equilibrium in the transmembrane region
Yuichi Minato, Shiho Suzuki, Tomoaki Hara, Yutaka Kofuku, Go Kasuya, Yuichiro Fujiwara, Shunsuke Igarashi,
Ei-ichiro Suzuki, Osamu Nureki, Motoyuki Hattori, Takumi Ueda, and Ichio Shimada
Proc. Natl. Acad. Sci. USA., (2016) 113, 4741-6.
2) Utilization of paramagnetic relaxation enhancements for structural analysis of actin-binding proteins in complex
with actin.
Shuxian Huang, Ryo Umemoto, Yuki Tamura, Yutaka Kofuku, Taro Q.P. Uyeda, Noritaka Nishida, and Ichio
ShimadaSci Rep. (2016) 6, 33690, doi: 10.1038/srep33690.
3) Improvement of ligand affinity and thermodynamic properties by NMR based evaluation of local dynamics andsurface complementarity in the receptor bound state,
Yumiko Mizukoshi, Koh Takeuchi, Misa Arutaki, Yuji Tokunaga, Takeshi Takizawa, Hiroyuki Hanzawa, and Ichio
ShimadaAngew. Chem. Int. Ed. (2016) doi: 10.1002/anie.201607474.
4) Disulfide mapping the voltage-sensing mechanism of a voltage-dependent potassium channel
Tomohiro Nozaki, Shin-ichiro Ozawa, Hitomi Harada, Tomomi Kimura, Masanori Osawa, and Ichio Shimada
Sci Rep. (2016) 6:37303. doi: 10.1038/srep37303.
5) Dynamic regulation of GDP binding to G proteins revealed by magnetic field-dependent NMR relaxation
analyses
Yuki Toyama, Hanaho Kano1, Yoko Mase, Mariko Yokogawa1, Masanori Osawa1, and Ichio Shimada

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Nat. Commun. (2017) doi: 10.1038/ncomms14523
6) Dynamic transcriptional regulation by a multidrug transcriptional repressor LmrR
Koh Takeuchi, Misaki Imai, and Ichio Shimada
Sci Rep. (2017) 7(1):267. doi: 10.1038/s41598-017-00257-x.

その他
なし

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◆ 衛 生 化 学 教 室 ◆教 授

新井 洋由（あらい・ひろゆき）

昭和 54 年東京大学薬学部卒、昭和 59 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科助教授、薬学博士

講 師

河野 望（こうの・のぞむ）

平成 14 年東京大学薬学部卒、平成 19 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

助 教

今江 理恵子（いまえ・りえこ）

平成 17 年東京大学薬学部卒、平成 22 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

助 教

向井 康治朗（むかい・こうじろう）

平成 22 年東京大学薬学部卒、平成 27 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

特 任 助 教嶋中 雄太（しまなか・ゆうた）

平成 23 年東京大学薬学部卒、平成 28 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

研究の概要
生体膜脂質の生物学
１. 生体膜脂質の生合成・リモデリング・修復
２. 生体膜ダイナミクス（細胞分裂・膜輸送等）における脂質の役割
３. 生体膜脂質による膜結合タンパク質の制御
４. 新規生理活性脂質の探索および生理機能
生体膜は、リン脂質二重層とほぼ同量の蛋白質によって形成されており、細胞を外界と区別する
障壁のみならず、細胞内の様々なオルガネラを形成する非常に重要な構造物である。衛生化学教室
は、細胞の基本構造の一つである「生体膜」の新しい生理機能の解明を目指している。特に、生体膜の主要構成成分であるリン脂質を中心に、その合成・維持および修復の分子機構、生理活性脂質（脂質性メディエーター）の産生における生体膜脂質の役割、生体膜のダイナミックな活動（細胞分裂・膜輸送・ドメイン形成等）における生体膜脂質の役割、膜結合性蛋白質の生体膜脂質による制御、といった観点から研究を展開している。
脂質は水にほとんど溶けず、かつ遺伝子から直接翻訳されて産生される物質ではないため、研究対象としては扱いにくい物質であるが、非常に重要な研究対象である。我々は脂質の特性を克服する技術を長年にわたり蓄積してきており、これを武器にオリジナリティーの高い研究を目指している。
大腸菌・酵母・ショウジョウバエ等のモデル生物は高度不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid:
PUFA）を持っていないが、線虫 C. elegans は高等動物に近い脂肪酸組成を有しており、PUFA を
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有する。我々は線虫を用いた遺伝学と生化学を融合させたユニークなアプローチにより、PUFA の
生物学的意義の解明を目指している。
また、高等動物にユニークな PUFA の機能として、PUFA が酵素的な酸化反応などによって様々な生理活性脂質へと変換され、急性炎症反応を正や負に制御することが知られている。我々は酸化リン脂質特異的ホスホリパーゼ A2 を同定しており、そのノックアウトマウスの脂質メタボローム
解析から新規生理活性脂質代謝経路を明らかにしている。さらに、この新規生理活性脂質代謝経路の生理学的意義を明らかにする為に、培養細胞やマウス個体を用いて表現型解析を行っている。
2016 年における主な研究成果を以下に述べる。
細胞質 DNA センサーSTING はゴルジ体で活性化し、その活性化に STING のパルミトイル脂質修飾が必要である（本研究科疾患細胞生物学教室との共同研究）
炎症の初期過程において自然免疫応答は重要な役割を担っている。最近、細胞質に露出した
DNA を認識し炎症応答を惹起する分子 STING が同定され、そのノックアウトマウスの解析から自然免疫応答における重要性が明らかとなった。STING は小胞体局在の４回膜貫通タンパク質であり、刺激に応じて核近傍のオルガネラに輸送されることが分かっていたが、その詳細な細胞内輸送
経路およびその局在変化と炎症応答との関係は不明であった。
本研究で我々は、定常状態で小胞体に局在する STING が刺激に応じてゴルジ体に移行し、そこでパルミトイル修飾を受けてゴルジ体のラフト様脂質ドメインで活性化することを見出した。以下、結果について述べる。
① STING は小胞体→ゴルジ体→リサイクリングエンドソーム→p62 陽性コンパートメントと移動し、ゴルジ体で活性化する
EGFP を付加したマウス STING を安定発現する COS-1 細胞（emsCOS-1）を樹立し、マウス
STING 特異的アゴニスト DMXAA で刺激し、STING の細胞内局在を経時変化した。その結果、定常状態では小胞体に局在する STING が、刺激依存的にゴルジ体（40-120 min）、リサイクリング
エンドソーム（240 min）
、p62 陽性コンパートメント（480 min）と細胞内を移動することが明らかになった。

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② STING はゴルジ体で活性化する
STING は、TBK1 (TANK-Binding Kinase 1)の自己リン酸化による活性化を引き起こす。活性化
した TBK1 は転写因子 IRF3 をリン酸化し、ついでリン酸化 IRF3 は核に移行して下流の遺伝子発現を制御する。このことにより I 型インターフェロン応答が誘導される。リン酸化 TBK1（pTBK1）およびリン酸化 IRF3（p-IRF3）を検出する抗体を用いて検討を行ったところ、STING がゴルジ体にいる時間帯において p-TBK1、p-IRF3 が検出された。この結果は、STING がゴルジ体で活性化していることを示唆している。

③ STING はゴルジ体の trans-Golgi network（TGN）で活性化する
ゴルジ体は cis、medial、trans という異なった機能を有するドメインから構成される細胞小器官である。そこで、ゴルジ体のどのドメインで STING の活性化が起きているのかを免疫染色によって検討を行ったところ、TGN46 が局在するドメイン（TGN）にのみ p-TBK1 の染色を認めた。この結果は、STING が TGN で選択的に活性化していることを示唆している。

④ STING の活性化はパルミトイル化阻害剤（2-BP）の添加によって阻害される
STING が TGN で選択的に活性化していることから、我々は TGN で起こるタンパク質修飾の１つであるパルミトイル化に着目して実験を行った。

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パルミトイル化阻害剤である 2-BP を細胞に添加すると DMXAA 依存的な Interferon-beta（IFNB）の発現誘導が顕著に抑制された。また、放射標識したパルミチン酸を細胞に添加すると、STING がゴルジ体に移動している時間帯で STING が標識されることが明らかとなった。またこの標識は、2-BP を細胞に添加することで失われた。これらの結果は、STING がゴルジ体でパルミトイル化を受け、そのパルミトイル化が STING の活性化に重要であることを示唆している。

⑤ STING の Cys88/91 がパルミトイル化と STING の活性化に重要である
タンパク質のパルミトイル化は、細胞質側のシステイン残基（Cys）に起こる。STING の細胞質領域に存在し、かつ進化的に保存されている Cys をセリン（Ser）に置換した変異体を作製し、放射標識したパルミチン酸の取り込み実験を行ったところ、Cys88/91 の２つの残基を置換した
STING（Cys88/91Ser）では、劇的に STING の標識が失われた。この結果は、Cys88、Cys91 の２つの残基が STING のパルミトイル化に重要であることを示唆している。
次に、STING（Cys88/91Ser）の活性を評価したところ、DMXAA 刺激による IFNB の発現誘導が顕著に抑制された。この結果は、Cys88、Cys91 の２つの残基のパルミトイル化が STING の活性化に重要であることを示唆している。

⑥ SAVI 患者由来の STING は小胞体局在を失っている
2014 年に、遺伝性自己免疫疾患の患者から STING の点変異が見つかった（STING-associatedvasculopathy with onset in infancy：SAVI）。SAVI-STING は細胞質 DNA がなくても恒常的に活性化していることが示されている。現在までに同定されている３種類の SAVI-STINGs（V147L、N154S、
V155M）についてその細胞内局在を解析したところ、いずれも小胞体局在を失い、ゴルジ体を含め
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た核近傍の細胞小器官に移行していることが分かった。これらの結果は、STING がゴルジ体で活性化を受けるという我々の知見を支持するものである。
さらに、野生型の STING の活性を抑制する 2-BP は、SAVI-STINGs の活性も抑制できることが明らかとなった。

⑦ STING のゴルジ体での活性化にはゴルジ体の脂質環境が重要である
Fas などのパルミトイル化タンパク質は、コレステロールやスフィンゴミエリンで構成される
ラフト様脂質ドメインでクラスター化し、活性化することが明らかにされている。そこで、我々はゴルジ体のラフト様脂質ドメインがパルミトイル化 STING の活性に必要であるかどうか検討を行った。
C6-ceramide という短鎖 ceramide を細胞に添加すると、細胞に取り込まれた C6-ceramide がゴルジ体に存在する sphingomyelin synthase 1（SMS1）によって短鎖 SM に変換され、この短鎖 SMがラフト様脂質ドメインを撹乱する。SMS1 が基質とする D-C6-ceramide を添加した細胞ではDMXAA 依存的な I 型インターフェロン応答が劇的に抑制されたが、SMS1 が基質にできない光学
異性体 L-C6-ceramide の添加では影響は認められなかった。また、D-C6-ceramide は STING のパルミトイル化には影響がなかった。これらの結果は、パルミトイル化 STING の活性化にゴルジ体の脂質環境が重要であることを示唆している。

⑧ 総括
以上の結果から、我々は、細胞内物質輸送と連動した STING 活性化モデルを考えている。
STING のアゴニストである cyclic dinucleotides（CDNs）が小胞体上の STING に結合すると、
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STING が小胞体を脱出できるようになりゴルジ体へと局在変化する。ゴルジ体では STING のパルミトイル修飾が起こる。TGN のラフト様脂質ドメインでパルミトイル化 STING がクラスター
化し、TBK1/IRF3 のリン酸化を誘導する。

【文献】
Mukai, K., Konno, H., Akiba, T., Uemura, T., Waguri, S., Kobayashi, T., Barber, G. N., Arai, H., and Taguchi, T.
(2016). Activation of STING requires palmitoylation at the Golgi. Nat Commun 7, 11932.
.

教育の概要
衛生化学教室では、薬学部の講義として４、５学期に行われる「バイオサイエンスの基礎」、６学期に行われる「疾患代謝学」、および７学期に行われる「衛生化学」を担当している。
「バイオサ
イエンスの基礎」に関しては、生物系各研究室（生理化学、微生物薬品化学、生体異物学 各教室）と連携して、生物薬学の基礎研究者に留まらず、基礎医学、さらには２１世紀のバイオサイエンスの担い手となる人材の育成を意識した講義を行っている。「疾患代謝学」においては、蛋白質代謝学教室と連携して、生体構成成分の基本的な代謝とその破綻によっておきる代謝性疾患について講義を行った。薬学的に重要と考えられる代謝性疾患を基本的な代謝と合わせて解説することにより、代謝経路に関する知識の定着と代謝性疾患のより深い理解を与えることを目指している。また衛生化学に関しては、6 年生コースの設立にともない、薬剤師の人材育成を意識した講義に変更している。学生からのフィードバックを参考に、より良い講義内容になるように努めている。
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大学院講義としては、基礎薬科学特論の中で「蛋白質の取り扱いと精製法」について集中的に講義を行っている。生物系大学院生の殆どは、リコンビナントおよび細胞・組織から抽出したものを含めて、何らかの蛋白質を扱っている。しかしながら、その基本的扱い方を殆ど知らない。そこで、本講義では、蛋白質はなぜ失活するのか、それをどのように食い止められるのか、という内容を、酸化、蛋白質分解、カオトロピック効果等の基本的原理を紹介しながら講義を行っており、受講した大学院生から非常に良い反響を得ている。
衛生化学教室では「世界に通用する高いオリジナリティーを持つ研究」を目指している。単に既存の研究の模倣ではなく、常に独創性の高い研究を行うことは容易ではない。そのために研究室での教育としては、最先端の情報に敏感であることはいうまでもなく、「各個人が自分の考えをはっきりと持つ」ことを重要視している。大学院の研究生活では生体成分の取り扱い方、生化学、分子生物学、遺伝学など様々な技術を習得することになるが、「単にテクニックを学ぶだけではなく、しっかりとした研究に対する考え方を持てる人材」の育成を目指している。
さらに、国際的に通用するサイエンティストを養成する一環として、衛生化学教室の大学院生を対象として、外国人講師を招いた英会話教室を開いている。週一回のペースであるが、大学院生が積極的に英会話を習得しようとする機会を与えられたと考えている。

自己点検･評価
本年度の研究成果として我々は、細胞質 DNA に応答する先天免疫分子 STING が刺激に応じてゴルジ体に移行すること、そこでパルミトイル修飾を受けてゴルジ体の脂質ラフトで活性化することを見出した。パルミトイル化阻害剤が STING の活性を抑制することから、細胞質性 DNA の出現によって引き起こされる炎症性疾患の治療につながる可能性がある。以上、研究は順調に進展していると評価できる。

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1.

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7.

学 術 論 文Morita, J., Kano, K., Kato, K., Takita, H., Sakagami, H., Yamamoto, Y., Mihara, E., Ueda, H.,
Sato, T., Tokuyama, H., Arai, H., Asou, H., Takagi, J., Ishitani, R., Nishimasu, H., Nureki, O.,
and Aoki, J. (2016). Structure and biological function of ENPP6, a choline-specificglycerophosphodiester-phosphodiesterase. Sci Rep 6, 20995.
Ishii, T., Funato, Y., Hashizume, O., Yamazaki, D., Hirata, Y., Nishiwaki, K., Kono, N., Arai,
H., and Miki, H. (2016). Mg2+ Extrusion from Intestinal Epithelia by CNNM Proteins Is
Essential for Gonadogenesis via AMPK-TORC1 Signaling in Caenorhabditis elegans. PLoS
Genet 12, e1006276.
Sakayori, N., Kikkawa, T., Tokuda, H., Kiryu, E., Yoshizaki, K., Kawashima, H., Yamada, T.,
Arai, H., Kang, J. X., Katagiri, H., Shibata, H., Innis, S. M., Arita, M., and Osumi, N. (2016).
Maternal dietary imbalance between omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids impairs
neocortical development via epoxy metabolites. Stem Cells 34, 470-482.
Akagi, S., Kono, N., Ariyama, H., Shindou, H., Shimizu, T., and Arai, H. (2016).
Lysophosphatidylcholine acyltransferase 1 protects against cytotoxicity induced bypolyunsaturated fatty acids. FASEB J 30, 2027-2039.
Imae, R., Dejima, K., Kage-Nakadai, E., Arai, H., and Mitani, S. (2016). Endomembraneassociated RSD-3 is important for RNAi induced by extracellular silencing RNA in both
somatic and germ cells of Caenorhabditis elegans. Sci Rep 6, 28198.
Takahashi, K., Takisawa, S., Shimokado, K., Kono, N., Arai, H., and Ishigami, A. (2016). Agerelated changes of vitamin E: α-tocopherol levels in plasma and various tissues of mice andhepatic α-tocopherol transfer protein. Eur J Nutr
Mukai, K., Konno, H., Akiba, T., Uemura, T., Waguri, S., Kobayashi, T., Barber, G. N., Arai,
H., and Taguchi, T. (2016). Activation of STING requires palmitoylation at the Golgi. Nat
Commun 7, 11932.

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総 説・著 書
１．ホスファチジルセリンの非対称性分布の意義とそのメカニズム田口友彦、新井 洋由
臨床免疫・アレルギー科、248-254、第 65 巻、第３号（2016）2．生体膜を構成するリン脂質の特徴
新井 洋由
生物の科学 遺伝, 71, 140-142 (2017)
3．わかってきた生体膜中の脂肪酸の重要性河野 望
生物の科学 遺伝, 71, 143-149 (2017)
4．オルガネラの多様性を生むリン脂質の多様性
田口 友彦
生物の科学 遺伝, 71, 156-162 (2017)

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◆ 生 理 化 学 教 室 ◆教授

堅田 利明（かただ・としあき）

昭和 49 年北海道大学薬学部卒
前職：東京工業大学生命理工学部 教授、薬学博士

講師

福山 征光（ふくやま・まさみつ）（2015 年 4 月より）

平成８年京都大学大学院農学研究科修士課程修了
平成 14 年米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校 Ph.D.プログラム修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 助教、Ph.D.

助教

齋藤 康太（さいとう・こうた）
平成 17 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：スペイン CRG バルセロナ研究所 博士研究員、博士（薬学）助教大畑 慎也（おおはた・しんや）（2015 年 7 月より）

平成 18 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：米国カリフォルニア大学サンフランシスコ校 博士研究員、博士（薬学）

研究の概要
生理化学教室が対象とする研究領域は、いうまでもなく生理化学であり、生体における種々の生理応答を、生化学、分子生物学、細胞生物学、分子遺伝学などの幅広い手法を用いて研究しています。生理応答とは生体を構成する個々の細胞機能が合目的性をもって発揮される結果であり、これは細胞に常時与えられる外界からの刺激（シグナル）に対して細胞が適切に応答することによって可能となります。生理応答の乱れは、多くの疾病の原因となり、治療に用いられる薬はこの乱れを正常化すべきものです。当教室が研究対象としている細胞のシグナル受容と応答のプロセス（シグナル伝達機構）は、生命科学の中でも最も重要な研究分野の１つとして、国際的にも広範な研究の対象となっています。
これまでに当教室では、独自の研究成果である GTP 結合性制御タンパク質（Ｇタンパク質）、
特に百日咳毒素によって ADP リボシル化される三量体（αβγサブユニットからなる）構造のＧ
タンパク質 Gi ファミリーを中心に、細胞のシグナル伝達系に介在する分子基盤の解明を主要な研究テーマとしてきました。こうした研究から、細胞膜を７回貫通しＧタンパク質と共役する受容体（G protein-coupled receptor: GPCR）にアゴニストが結合すると、そのシグナルはＧタンパク質を介して伝達され、細胞内でシグナル分子を産生する酵素やイオンチャネルの活性を制御するという基本的な概念が確立しました。この作用様式はホルモン受容、神経伝達、さらに細胞の増殖
あるいは分化などの広範な細胞機能の発現に介在することが明らかにされてきました。
薬学を含むこうした最近の基礎生命科学領域の進展によって、細胞におけるシグナル伝達経路とその調節機構に関わる理解が進み、創薬の標的と評価系の開発という課題に対して、様々な視点でのアプローチが可能になっています。これまでは、それぞれの研究分野で個別に見出された知見がより広く適用可能な普遍的概念として定着していく、「個別化」から「普遍化」への流れが強い傾向にありました。しかしながら、ヒトを含む多くの生物種の遺伝子が解読され、ゲノム情報の成果を活かした新しいスタイルによる研究の展開も進んでいます。ポスト・ゲノムシークエ
ンスのこれからは、個々の細胞の生理機能に再び立脚した「差別化」された研究も必要です。当
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生理化学教室では、三量体Ｇタンパク質に関わるこれまでの研究成果を踏まえて、この間 mRNAの動態制御に登場した eRF3 ファミリー、さらに独自に同定したアティピカルな新奇Ｇタンパク質群を含む低分子量Ｇタンパク質が介在するシグナル伝達系へと生理機能の解明を進めています（図１）。こうしたＧタンパク質が介在する広範な細胞内シグナル伝達系の研究から、諸種のＧタ
ンパク質ファミリー間で共通あるいは相違する制御機構を新しく概念化し、細胞機能の発現に向けてＧタンパク質が特異性と多様性をもたらすメカニズムの解明が期待できます。Ｇタンパク質とその制御因子の遺伝子変異に起因した疾病も多く、Ｇタンパク質シグナルの研究は、疾病の発症メカニズムの理解と創薬研究にも大きく貢献します。今後はより具体的な個々の細胞機能との関わりから、シグナル伝達系の制御機構と生理的役割を解明する必要があり、それらのシグナル伝達経路を対象として、創薬に向けた新しい利用技術を開発することも重要と考えます。以下に、当教室で進めている最近の研究テーマ：Ｇタンパク質が介在する細胞内シグナル伝達系を紹介します。

１．アティピカルＧタンパク質の機能解析
低分子量Ｇタンパク質には、多彩なファミリーが存在し、その中には、未だに機能が全く不明なものもあります。また、他の多くのＧタンパク質とは生化学的性状や組織・細胞内での分布が異なる非典型（アティピカル）なメンバーも存在します。さらに、各サブファミリーが担う細胞機能は必ずしも同一ではなく、それらは個別の役割も果たすことが当教室を含む最近の研究から
次第に明らかにされつつあります。当教室では、Ras 類縁のファミリーに属すると考えられるアティピカルな新規低分子量Ｇタンパク質 Di-Ras1,2（Distinct subgroup of Ras-family GTPase）、RRP22（Ras-related protein on chromosome 22）、Rheb1,2（Ras-homologue enriched in brain）、さらに既知の Arf/Arl ファミリーに属するものの新規のサブファミリーを形成する Arl8-A,B（Gie-2,1；novel
GTPases indispensable for equal segregation of chromosomes）などの分子群を単離・同定しました（図
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２）。

多細胞生物種間で良く保存された Di-Ras は、哺乳動物での発現が神経組織に特異的で、その多くが細胞質内で smg–GDS とヘテロ二量体を形成として存在するというユニークな特性を有します。
また Di-Ras の線虫ホモログ（drn-1）も神経細胞特異的に発現することから、Di-Ras が種間を超えて神経細胞において何らかの普遍的な役割を担うことが期待されています。当教室では、線虫

drn-1 変異体を用いた解析から、drn-1 が神経細胞からのシナプス小胞の放出機構に関与する可能性を見出しました。さらに哺乳動物の脳組織を用いた生化学的な解析から、Di-Ras が細胞質画分において SmgGDS と複合体を形成して存在すること、及び SmgGDS の作用によって Di-Ras のグア
ニンヌクレオチド結合親和性が低下することを明らかにし、Di-Ras が SmgGDS と複合体を形成することで、不活性化状態として細胞質に待機している可能性を見出しました。さらに最近では、
Di-Ras/SmgGDS 複合体形成が Di-Ras の C 末端の脂質修飾により増強されること、及び細胞内における Di-Ras の安定性に寄与していることを見いだしています。また Di-Ras は、脳組織の膜画分にも検出されますが、膜画分に存在する Di-Ras の一部は SmgGDS と複合体を形成せず、何らかの因子と会合、あるいは自己会合することで巨大複合体を形成していることも見いだしています。
これらの知見を考え合わせると、SmgGDS との解離によりグアニンヌクレオチドに対する親和性が回復した Di-Ras が、GTP（あるいは GDP）を結合した状態で膜画分に局在し、その機能を発揮する可能性が考えられます。SmgGDS は低分子量 G タンパク質 RhoA などに対してグアニンヌクレオ
チド交換反応を促進する活性を有することが知られていますが、Di-Ras に対してはそのような作用を示さないことから、Di-Ras は RhoA などとは異なる様式で SmgGDS と相互作用するものと想定されます。そこで現在、東京大学・薬学部の清水敏之教授らとの共同研究により、Di-Ras と SmgGDSの相互作用について構造化学的なアプローチによる解析も進めています。また、RRP22 は増殖抑制作用を有し、癌原遺伝子である Ras とは対照的に癌抑制遺伝子として機能する可能性が示唆されています。さらに Rheb は、ヒト脳のグリア細胞等に特異的な発現パターンを示し、Rheb を動
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物細胞に過剰発現すると多層の膜構造をもつ巨大な小胞が形成されることを見出しました。さらに東京大学の間野博之教授らとの共同研究により、Rac1 のある種の点変異がメラノーマの原因となっていることを明らかにしました。
リコンビナント Rac1 タンパク質を用いた生化学的解析から、メラノーマで同定された点変異によって、Rac1 のグアニンヌクレオチド交換反応が非常に亢進す
ることがわかり、その性質により Rac1 が自発的に活性型になることが、メラノーマ発症の原因となっていることが示唆されました。
２．アミノ酸シグナルを伝達するヘテロ二量体型Ｇタンパク質 Rag
他方、Rheb は栄養状態を感知して細胞の成長やタンパク質合成を促進する mTOR（mammaliantarget of rapamycin）経路の上流に位置することが見出されており、Rheb の不活性化因子（GAP）
である Tsc（Tuberous sclerosis complex）は、精神遅滞やてんかんを誘発するヒト結節硬化症の原因遺伝子でもあります。また、Rheb と並行して、アミノ酸による mTOR の活性化を仲介すると考えられている Rag の研究も進行しています。Rag は低分子量 G 蛋白質よりやや大きな分子量をもつ蛋白質で、酵母では Gtr1p と Gtr2p が存在し、ヒトやマウスでは Gtr1p 様の RagA と RagB、Gtr2p
様の RagC と RagD が存在します。
酵母やヒトの培養細胞を使った研究により、Gtr1p（または RagA、
RagB）と Gtr2p（または RagC、RagD）が異なる機能をもつのではなく、むしろお互いが会合し、ヘテロダイマーを形成して機能するものと考えられていますが、ヘテロダイマー形成の意義やその活性調節機構は不明です。Gtr1p 様の raga-1 と Gtr2p 様の ragc-1 をもつ線虫は、両者の Rag のノックアウト株が樹立されている唯一の多細胞動物であり、我々はこれらの株を用いて Rag の個体や細胞レベルでの生理機能を解析してきました。
これまでに、raga-1 と ragc-1 が、アミノ酸に応答した生殖幹細胞や神経芽細胞の静止期からの活性化に関与することを示唆する知見を得ています（図３）。また、raga-1 や ragc-1 の変異体ではリソソーム・後期エンドソームが肥大化していることを見出しています。そこで、ほ乳動物の Ragを用いて、相互作用因子の探索や細胞生物学的解析を進め、個体レベルでの表現型解析が容易な線虫の遺伝学的研究を並行して行うことによって、個体から細胞や分子のレベルで、Rag の関わる
シグナル伝達の機構とその生理機能を探求しています。具体的には、Rag と同様に栄養に応答して前駆細胞の増殖や分化を制御していると推測される microRNA や膜タンパク質、RNA 結合タンパ
ク質など複数の因子群を同定しており、Rag や、その他の栄養応答に関わるシグナル伝達経路との関係を調べています。

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３．リソソームなどの酸性オルガネラの形成・機能に介在する低分子量Ｇタンパク質 Arl8
一方の Arl8/Gie は、機能未知な低分子量Ｇタンパク質の中で、進化的に最もよく保存されている分子の１つです。Arl8 はヒトの広範な臓器で発現していますが、酵母には存在せず、ショウジ
ョウバエや線虫にはその相同因子が存在することから、多細胞生物において根幹的な機能を司ると考えられます。個体における Arl8 の生理的役割を解析するために、線虫 Arl8 欠失変異体（arl-8変異体）を作出してその表現型を解析した結果、arl-8 変異体は母性胚性致死となることが明らかとなりました。この表現型は、arl-8 変異体にヒト Arl8 遺伝子を導入することにより相補されることから、Arl8 の機能は種間を超えて良く保存されていると考えられます。さらに Arl8 の構造活性相関を調べる目的から、各種の点変異を導入した線虫 Arl8 遺伝子を用いて arl-8 変異体の母性胚性致死性に対するレスキュー実験を行った結果、胚性致死の表現型は野生型及び恒常的活性型（GTP 型）Arl8 でレスキューされ、不活性型と考えられる GDP 型変異体ではレスキューされませんでした。すなわち、正常な線虫の胚発生には Arl8 の活性化が必要であることが示されました。
また、線虫のマクロファージ様細胞である coelomocyte においては、Arl8 はリソソームに局在し、

arl-8 変異体の coelomocyte では、小型化したリソソームが多数形成されることを見出しました。
arl-8 変異体ではエンドソームなどの他の細胞内膜オルガネラの形状に大きな異常は認められないことから、Arl8 は多細胞生物において、主にリソソームに局在し、その形成を制御するＧタンパ
ク質と考えられます。さらに arl-8 変異体ではファゴサイトーシスによって取り込まれたアポトー
シス細胞の分解が非常に遅延していることを見出しました。線虫生殖腺においてアポトーシスを起こした生殖細胞は、sheath cell と呼ばれる貪食細胞に取り込まれて分解されることが知られています。この分解過程には、アポトーシス細胞を含むファゴソームと、多数の分解酵素を含むリソ
ソームとの融合が必要ですが、最近私達は arl-8 変異体の sheath cell においてファゴソームとリソ
ソームの融合が殆ど進行せず、アポトーシス細胞含有ファゴソームが生殖腺に多数蓄積することを見出しました（図４）
。
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野生型

Arl8欠損変異体

生殖腺

矢頭：アポトーシスした生殖細胞を含むファゴソーム

図４. Arl8 を欠損した線虫変異体の生殖腺ではアポトーシス細胞を含んだファゴソームが多数蓄積する

私達はこれまでに coelomocyte における後期エンドソームとリソソームの融合に Arl8 が関与することも見出しており、Arl8 がリソソームの融合が介在する様々な生命現象に関与する可能性が考えられます。Arl8 のリソソーム融合における機能的役割を明らかにする目的で、arl-8 変異体と同様の表現型を示す線虫変異体を RNAi スクリーニングにより探索したところ、HOPS 複合体の構成因子である VPS-39, VPS-41 の機能低下変異体が同様の表現型を示すことが分かりました。さらに、リコンビナントタンパク質を用いた解析から、Arl8 の活性化型が VPS-41 と結合することを見出し、VPS-41 が Arl8 のエフェクターである可能性が考えられました。酵母においては、HOPS 複合体は液胞融合の際に tethering factor として機能すると考えられていることから、多細胞生物種
においては Arl8 が HOPS 複合体をリソソームにリクルートすることにより、リソソームと他の膜オルガネラとの融合促進に寄与している可能性が考えられます。
また海外のグループとの共同研究により、arl-8 変異体の神経細胞においては、微小管依存的なシナプス小胞の輸送に異常が生じており、シナプス小胞が本来局在すべき神経筋接合部に到達せず、神経伝達物質の放出能が低下するという興味深い表現型を示すことを見出しました。近年の膜オルガネラ・プロテオミクスの知見から Arl8 はリソソームだけでなく、各種のリソソーム関連
オルガネラやシナプス小胞といった多様な酸性オルガネラに存在することが示唆されており、Arl8が酸性オルガネラ全般の形成や機能に関与する可能性が考えられます。
哺乳動物の Arl8 には非常に相同性の高い Arl8a と Arl8b の２つが存在しますが、哺乳動物個体における Arl8 の生理的役割を解析する目的で、Arl8a 及び Arl8b のノックアウトマウスを作製し、その表現型解析も進めています。予備的な知見ながら Arl8b はマウス初期胚発生に重要であることを示す知見も得られており、今後さらに解析を進めて行く予定です。
４．繊毛の形成・機能に介在する G タンパク質 Arl13b, Arl6
繊毛は細胞膜から突出した特徴的な構造体であり、哺乳動物においては多様な組織の細胞に存在し、細胞外環境の感知や水流の発生において重要な役割を果たしています。近年、繊毛の形成不全や機能異常に起因する Bardet-Biedle 症候群や Joubert 症候群などの遺伝性疾患が報告され、繊毛の形成・機能の制御機構に関する研究が進展しています。Arf/Arl ファミリーＧタンパク質に属する Arl13b は、その N 末端に存在する Arf/Arl 相同領域に加え、C 末端にコイルドコイルや Pro
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に富む領域をし、その性状はアティピカルです（図５）。

Arl13b が哺乳動物細胞の繊毛に限局して存在し、その局在化には各機能ドメインや膜との相互作用が重要であること、また、Arl13b の発現抑制は、中心体の成熟に影響を与えないが、繊毛形成率を著しく低下させることを見出しました。さらに最近、ヒト Arl13b の変異が Joubert 症候群を誘起することも報告され、Arl13b が繊毛形成・機能に重要な役割を果たすＧタンパク質である
ことが示されています。また、ジョンズホプキンス大学の井上尊生博士らとの共同研究により、繊毛局在性カルシウム検出プローブ（蛍光タンパク質センサー）を開発し、細胞外の水流変化に伴う一次繊毛の動きに応答した、繊毛内へのカルシウム流入のライブイメージングに成功しました。また Bardet-Biedle 症候群の原因遺伝子産物として報告されている別種のＧタンパク質に Arl6に関しては、Bardet-Biedle 症候群の患者で同定された Arl6 の変異が、細胞内の Arl6 の安定性を低下させ、プロテアソームにより分解されて発現量が低下することを明らかにしました。
５．Ｇタンパク質を介した小胞体からのコラーゲン分泌機構
コラーゲン分子は複雑な折りたたみ機構によって合成されますが、その輸送も他のタンパク質と比べて特殊であることが知られています。コラーゲンは小胞体で合成されますが、その形成する複合体が非常に巨大なため、一般のタンパク質輸送に関与する分泌小胞には入りきれないと考えられています。しかし、どのようなメカニズムでコラーゲン分子の分泌が担われているかは未解明です。当研究室では、コラーゲン分子の輸送に関与するタンパク質として新たに cTAGE5 を見出し、この因子が小胞体から分泌小胞が出芽する領域である ER Exit site に特異的に局在化していることを見出しました（図６）
。

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また、cTAGE5 はコラーゲン分泌に関わることが最近報告された因子 TANGO1 と直接結合し、協調的にコラーゲン輸送を担っていることが考えられました。cTAGE5/TANGO1 複合体は、分泌小胞の形成を司る因子である Sec23/24 とも直接結合することから、コラーゲン分子の積み荷受容体として機能することが考えられました。
一方で、分泌小胞の小胞体からの出芽は Arf ファミリーに属する低分子量Ｇタンパク質である
Sar1 が制御していることは既に知られています。当研究室では、Sar1 のグアニンヌクレオチドの活性化型への交換を促進する因子である Sec12 が、cTAGE5 と結合し、cTAGE5/TANGO1/sec12
複合体として機能することを新たに見出しました。
さらに Sec12 は ER exit site へ局在化しますが、その局在化には cTAGE5 と結合することが必要です。さらにこの結合がコラーゲンの小胞体からの輸送に必要であるという知見を新たに見いだしました。
このことはコラーゲン分泌の際に、ER exit site の近傍における低分子量Ｇタンパク質 Sar1 の活性化が、、巨大分子であるコラーゲンの分泌を達成するためにより厳密に制御されていることを示
唆しています。現在、当研究室では Sar1 と cTAGE5/TANGO1/sec12 複合体がどのように協力的に作用することでコラーゲン輸送を担っているのか、その分子メカニズムをさらに解析しております。
６．低分子量 G タンパク質 R-Ras による神経管形成制御機構
二分脊椎症などの神経管形成不全は、比較的発症頻度の高い神経疾患であり、その病理発症機序の理解は重要な課題です。神経管は神経幹細胞が集団的に移動することによって形成されます。
この集団的な細胞の移動は平面細胞極性制御因子と呼ばれるタンパク質群によって制御されてお
－137－
－
143 －

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り、これらの因子の遺伝子に変異があると神経管形成不全を発症することが明らかになっています。しかし、平面細胞極性制御因子がどのような分子機構で制御され、どのように効果を発揮す
るのかについては不明な点が多く残されています。私たちの研究室では、胚が透明で体外で発生し、かつ遺伝学的操作も容易であるゼブラフィッシュを用いて、低分子量 G タンパク質 R-Ras が神経管形成に重要な役割を果たすことを見出しました（理化学研究所脳科学総合研究センター岡本仁副センター長との共同研究）。また、R-Ras が平面細胞極性制御因子と協調的に神経幹細胞の集団的移動を制御している可能性を見出しています。現在は、R-Ras と平面細胞極性制御因子がどのような分子機構によって効果を発揮しているのかを明らかにしようとしています。本研究は、神経管形成における低分子量 G タンパク質の生理的役割の理解を拡大するだけではなく、神経管形成異常の病理発症機構を明らかにし、その診断・予防法開発に貢献することが期待されます。

教育の概要
生理化学教室では、学部の講義として、2 年生の A1 タームに「細胞生物学」（必修科目）の一
部と 3 年生の A1 タームに「分子生理化学」（選択科目）を担当しています。「細胞生物学」では、小分子の膜輸送と膜も電気的性質及びミトコンドリアとエネルギー変換系について解説します。
「分子生理化学」では、先ず実験科学（Experimental Sciences）で対象とする実験の系について概説し、引き続きホルモンなどの細胞外シグナル分子について、その発見の経緯、エピソードを交えながら、また各種の内分泌疾患との関わりを解説します。その後、細胞外シグナル分子が細胞膜においてどのように識別・受容され、そのシグナルを細胞の内側へと伝達するかの分子機構について解説します。後半は、受容体刺激を介して生理応答の発現へと導く細胞内での普遍的なシグナル伝達経路を中心に解説し、どのような実験から、新しい発見が導かれたかについても紹介します。
大学院講義としては、「基礎薬科学特論 III」
（毎年開講）と「細胞生物学特論」（隔年開講）の一部を担当しています。生物系薬科学分野に含まれる生化学、分子生物学、細胞生物学、分子遺伝
学、疾患生物学等の基礎を学ぶ「基礎薬科学特論 III」では、定量的な視点を含めて細胞のシグナ
ル伝達系の基礎について解説します。また、衛生化学教室等と共に担当する「細胞生物学特論」
では、細胞における広範なシグナルの受容と応答に関わる最先端の研究が、当該教室のスタッフと外部講師によって紹介されます。実際に先端領域の研究を推進している若手の研究者から、自身の研究成果やその周辺領域のトピックス、さらに今後の研究動向が解説され、知的興奮が得られるような内容となっています。
研究概要の項で述べたように、生理化学教室では、幅広い手法を用いて細胞のシグナル受容と応答のプロセスに関わる広範な題材を研究の対象としています。教室配属直後の 4 年次卒業研究
では、個別の研究テーマの開始に先立ち、約 1 ヶ月間は教室内の全教員によって実施される共通
メニューから、原著論文の読み方や個体・細胞から分子レベルに至る様々な実験手法を幅広く習得する機会が与えられます。この過程で教室の各研究テーマの概要と様々なアプローチを学び、その後の各自の研究テーマの推進にとっても重要である多くの教室員と議論できる環境を養いま
す。

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教室のセミナーとしては、全教室員が参加する集談会において研究報告と文献紹介が週 1 回の頻度で行われています。この集談会に加えて、個別の研究グループ単位によるセミナーや教授室でのリトリートも適宜行われており、これらの機会を通じて研究の発表・計画能力が養われるよう指導しています。さらに、教室訪問者や海外留学から帰国した教室出身者による公開セミナー
を適宜開催し、他の先端領域の研究に触れて幅広い視野をもつ機会も設けています。また、大学院生による研究成果の公表においては、学術雑誌への論文掲載に加えて、国内の関連する主要学会（生化学会、分子生物学会、薬学会など）、さらに Gordon、FASEB 会議のような国外での学術集会においても、できるだけ早い時期に発表できる機会を与えています。

自己点検・評価
生理化学教室では、宇井理生教授の定年退官の後、平成 5 年に東京工業大学生命理工学部より
堅田利明教授が配置換で着任となりましたが、これまでに当教室に在籍した榎本武美、櫨木修の両助教授がそれぞれ東北大学薬学部（平成 7 年）
、広島大学医学部（平成 10 年）教授に昇任し、また多田周右助手は東北大学薬学部（平成 12 年）に転出しました。これらの異動に伴い、平成 9年に仁科博史助手が東京工業大学命理工学部より配置換となり（平成 10 年助教授に昇任）、平成10 年に博士研究員の紺谷圏二が助手に採用され、平成 13 年には星野真一助手が講師に昇任しました。平成 14 年 4 月には紺谷圏二助手が米国に研究出向となり、後任として博士研究員の荒木保弘が同年 4 月助手に採用されました。平成 16 年 4 月には、京都大学から浦誠司と当教室を博士課程で修了した渡辺智美が、日本学術振興会の博士研究員（PD）として当教室に加わり、荒木助手が平成 16 年 9 月から英国に研究出向となりました。平成 17 年 1 月には仁科助教授が東京医科歯科
大学・難治疾患研究所の教授に、また同年 4 月星野講師が名古屋市立大学・大学院薬学研究科の教授に昇任し、転出となりました。さらに、平成 17 年 2 月には紺谷助手が研究出向（米国・UCSB）
から復職し（同年 5 月助教授に昇任）、翌 3 月には当教室博士課程修了者の梶保博昭がファイザー
中央研究所より助手に採用され、さらに、同年 10 月に米国ミネソタ大学博士研究員の福山征光が助手に採用されました。平成 18 年 10 月からは、当教室博士課程修了者の小林哲夫が東京女子医科大学医学部（博士研究員）より助手として採用されました。平成 19 年には、博士研究員の浦誠司が 4 月に東京医科歯科大学・難治疾患研究所の助教として転出し、3 月に当教室を博士課程で修了した高橋真也と多田稔が、それぞれ日本学術振興会の博士研究員（PD）及び学術研究支援員（リサーチアソシエート）として 4 月から当教室に加わりました。8 月には研究出向中の荒木助教がドイツでの留学延長のために辞職し、平成 20 年 2 月には多田学術研究支援員が日本医薬品食品衛生
研究所の研究員として転出しました。3 月に当教室を博士課程で修了した小藤智史が 4 月に特任研究員として採用され（同年 7 月秋田大学・医学部助教に採用され転出）、6 月に小林助教が米国留学（ニューヨーク大）により辞職しました。平成 21 年 3 月には、留学から帰国した齋藤康太が助教として採用されました。平成 24 年 6 月末には、梶保助教がイタリア留学（IFOM Foundation 博
士研究員）により辞職しました。平成 25 年 4 月に畠星治（東京医科歯科大・博士課程修了）が学
振 PD として（平成 27 年 10 月ドイツハイデルベルク大学博士研究員採用により転出）、また、8月には教室出身者の黒須洋が特任研究員として当教室に加わりました（同年 12 月自治医科大・准

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－
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教授採用により転出）。さらに、平成 27 年 4 月に紺谷准教授が明治薬科大学の教授に昇進して転出となり、7 月には当教室博士課程修了者の大畑慎也が米国カリフォルニア大学（博士研究員）より助教に採用されました。
この間の教員と博士研究員の多くの異動に伴って、教室の研究テーマは研究概要の項で述べたような新しい課題を中心とした内容になっております。2015 年に公表できた原著論文数は必ずしも十分ではなく、今後は現在手掛けている新しい課題での研究を急速に発展させ、研究成果を実績として残す努力が急務であると考えております。教室員が苦楽を共有できる新しい体制と魅力あるテーマのもとで、研究のさらなる進展を期待しています。
この 23 年間（平成 6〜28 年）の修士課程修了者総数 104 人の進路内訳は、博士課程進学 55 人（53％）、大学・官公庁・民間企業等への就職・学士入学 49 人（47％）であり、また博士課程修了者総数 67 人の進路内訳は、博士研究員・助教等のアカデミックポスト 43 人（64％）
、大学・官公庁・民間企業等への就職 24 人（36％）という動向となっています。なお、平成 28 年度の教室修了・卒業者の進路は、修士課程修了者(3 名)：博士課程進学(1 名)、官公庁・民間企業(2 名)、4
年制薬科学科卒業生 3 名：本研究科修士課程進学（3 名）という状況です。
また、日本学術振興会特別研究員（DC、PD、RA）の採用者は、この間（平成 6〜28 年度）生
理化学教室の博士課程に進学した総数 57 人中、27 人（47％）という実績です。これらの採用に加えて、他の博士課程在籍者には全学の学術研究遂行協力費、グローバル COE やリーディング大学
院、研究科内等の RA 支援経費からサポートがあり、当該大学院生にとっては大きな経済的サポー
トとなりました。

学
1.

術

論

文

Maeda, M., Saito, K., and Katada, T. Distinct isoform-specific complexes of TANGO1 cooperatively facilitate
collagen secretion from the endoplasmic reticulum. Mol. Biol. Cell, 27,2688-2696 (2016) [doi:10.1091/mbc.E16-03-0196.]

2.

Ohata S, Alvarez-Buylla A. Planar Organization of Multiciliated Ependymal (E1) Cells in the Brain Ventricular
Epithelium. Trends Neurosci. 39 (8): 543-551 (2016) [doi: 10.1016/j.tins.2016.05.004]

3.

Tanabe, T., Maeda, M., Saito, K., and Katada, T. Dual function of cTAGE5 in collagen export from the endoplasmic
reticulum. Mol. Biol. Cell, 27, 2008-13 (2016) [doi: 10.1091/mbc.E16-03-0180.]

4.

Nagata Y, Kontani K, Enami T, Kataoka K, Ishii R, Totoki Y, Kataoka TR, Hirata M, Aoki K, Nakano K, Kitanaka A,
Sakata-Yanagimoto M, Egami S, Shiraishi Y, Chiba K, Tanaka H, Shiozawa Y, Yoshizato T, Suzuki H, Kon A,
Yoshida K, Sato Y, Sato-Otsubo A, Sanada M, Munakata W, Nakamura H, Hama N, Miyano S, Nureki O, Shibata T,
Haga H, Shimoda K, Katada T, Chiba S, Watanabe T, Ogawa S. Variegated RHOA mutations in adult T-cellleukemia/lymphoma. Blood 127 (5): 596-604 (2016) [doi: 10.1182/blood-2015-06-644948]

5.

Hirota Y, Sawada M, Huang SH, Ogino T, Ohata S, Kubo A, Sawamoto K. Roles of Wnt Signaling in the
Neurogenic Niche of the Adult Mouse Ventricular-Subventricular Zone. Neurochem. Res. 41 (1-2): 222-30 (2016)[doi: 10.1007/s11064-015-1766-z]

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総説・著書、その他
1.

大畑 慎也. 多数の運動性繊毛を持つ上衣細胞の平面細胞極性. 細胞科学研究財団 助成研究報告集・年報 1:91-94(2016)2.

福山 征光. 食餌による神経前駆細胞の静止期制御機構. （公団ブレインサイエンス振興財団、廣川信隆
編 ブレインサイエンスレビュー2017、クバプロ).

国内での口頭・ポスター発表
総数

10 件

非常勤講師発令、他大学講義・講演、社会への貢献等
堅田 利明
非常勤講師発令：学会活動 他：

大阪大学・医学部、東京医科歯科大学、他

日本学術会議 連携会員（薬学）、日本生化学会評議員、日本学術振興会 科学研究費委員会 専門委員、学術誌刊行センター 理事、財団等研究助成金理事・選考委員（三菱財団、武田科学振興財団、アステラス病態代謝研究会、細胞科学財団、第一三共生命科学研
究振興財団、濱口生化学振興財団、テルモ生命科学芸術財団、花王芸術・科学財団 他）

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◆分子生物学教室 ◆教

授

後藤 由季子（ごとう・ゆきこ）

昭和 62 年東京大学理学部卒、平成 4 年同大大学院理学系研究科博士課程修了
前職：東京大学分子細胞生物学研究所教授、理学博士

助

教

岸

雄介（きし・ゆうすけ）

平成 17 年東京大学工学部卒、平成 22 年同大大学院工学系研究科博士課程修了
前職：東京大学分子細胞生物学研究所助教、博士（工学）助教岡崎 朋彦（おかざき・ともひこ）

平成 18 年東京大学工学部卒、平成 23 年同大大学院工学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科特任助教、博士（工学）助教川口 大地（かわぐち・だいち）

平成 16 年東京大学工学部卒、平成 21 年同大大学院新領域創成科学研究科博士課程修了
前職：ソーク研究所博士研究員、博士（生命科学）

特任助教 樋口 麻衣子（ひぐち・まいこ）
平成 10 年東京大学工学部卒、平成 15 年同大大学院工学系研究科博士課程修了
前職：マックスプランク研究所博士研究員、博士（工学）

研究の概要
生物の発生過程において、個々の細胞は増殖と生死を厳密に制御されながら、様々な形質を持
つ細胞へと分化する。分子生物学教室では、脳が構築されるプロセスや、自然免疫応答、がん化等の生命現象を“細胞の運命決定”という観点から分子レベルで理解することを目指している。
特に、
１．脳発生および成体における神経幹細胞の運命制御
２．細胞の生死・運動・がん化および感染防御のシグナル伝達機構について、「細胞内シグナル伝達」がいかにして細胞外からの情報を解釈し、どのように細胞死・増殖・分化・運動という細胞の重要な運命制御につなげているのかについて理解することを目的として、以下に述べるような研究を行っている。
１.脳発生および神経幹細胞の運命制御
我々生命体が発生する際に、受精卵は分裂して直接個々の機能細胞を作りだす訳ではなく、まず各々の組織の幹細胞を産み出し、その組織幹細胞が主軸となって様々な種類の細胞を作りだし
機能的集団を作りだす。組織幹細胞は、発生の間、未分化なまま増殖しながら、かつ一方で色々な分化細胞を産み出しその組織を構築する、という非常に興味深い細胞である。では、どうやって幹細胞は適切に増殖と分化を制御し秩序だった組織を形成できるのだろうか？
特に神経系という組織においては、神経回路の素子である様々な種類のニューロンやグリア細胞を「正しい場所に」「正しい数」配置することが 機能的なネットワークを作る前提として必－142－－ 148 －

目次へ須である。したがって、神経幹細胞の運命がどのように制御されるかが、この複雑で精巧な脳という組織を正しく作り上げるための鍵を握っていると言える。我々は、哺乳類神経系をモデルに「幹細胞とは何か（分子的にどのようにその機能が規定されているのか）」に迫り、また幹細胞を通じて脳という魅力的な組織の構築原理に迫りたいと考えている。
発生期における神経幹細胞の分化ポテンシャルの制御
神経幹細胞（神経系前駆細胞）は、様々な種類のニューロンとグリア細胞（アストロサイト、
オリゴデンドロサイト）を産み、 脳を構築する元となる細胞である。脳の発生過程において、神経幹細胞がどの細胞を生み出すかは厳密に制御されている。例えば大脳新皮質の神経幹細胞は、深層のニューロンから表層のニューロンへと皮質内の配置順序に従って次々と産みだすニューロ
ンの種類を変える 。新しく生まれたニューロンはすぐに皮質表面にむかって移動し、既に生まれたニューロンの層の外側に配置されるというルールがあるために、神経幹細胞の中の時間情報が、皮質における空間情報に変換されることになる。従って、「なぜ皮質内でニューロンが整然と層構造を作って 配列しているのか」を知るための手がかりは「神経幹細胞がいかにして時間情報を適切な運命転換につなげているのか」という問題に少なくとも一部帰着する。
また、神経幹細胞はいつでもニューロンを産んでいるわけではない。脳発生の初期においては、
神経幹細胞はニューロンもグリアも生み出さず、ひたすら対称分裂してまず神経幹細胞の数を増やす（expansion phase）（この間の神経幹細胞は神経上皮細胞 neuroepithelial cell とも呼ばれる）。
ある時期になると神経幹細胞はニューロンを生み出すようになり、前述のように次々と異なるタ
イプのニューロンを産む（neurogenic phase：ニューロン分化期）（この期間の神経幹細胞は放射状グリア radial glia とも呼ばれる）。ニューロン分化期における神経幹細胞の多くは非対称分裂し、神経幹細胞とニューロンをひとつずつ産むことが観察されている。そしてニューロン分化期が終わるとグリアの一種アストロサイトを産む（gliogenic phase：グリア分化期）。この神経幹細胞の運命転換のタイミングを制御することは、最終的な脳の大きさや機能を決定するため、厳密に決定される必要がある。
我々はこれまでに、いくつかのクロマチン制御因子（ポリコーム群タンパク質、HMGA タンパ
ク質群）がこの運命転換の制御に重要であることを見出してきた。そして神経幹細胞の分化能が時期を経て制限されていく過程で、クロマチンが核全体で凝集していく現象を発見した。クロマ
チンとは遺伝情報が書き込まれている DNA とタンパク質の複合体のことで、この凝集状態は遺伝子の転写に大きく影響することがわかっている。 また、このクロマチンの凝集に関わる因子
として HMGA タンパク質群を同定し、 HMGA による核全体でのクロマチンの凝集が神経幹細胞の分化能の制限に重要であることが示唆された。グローバルなクロマチン状態が変化することは、ゲノム全体での遺伝子の転写パターンに影響を与える可能性がある。そのため我々は、グローバ
ルなクロマチン状態の変化が、細胞の性質を規定する基盤として重要な役割を果たしているのではないかと仮説を立てて実験を進めている。
成体期のマウス脳における神経幹細胞の運命制御について
神経幹細胞は、発生期だけでなく成体の脳にも存在し、一生の間ニューロンを作り続けている
ことが明らかになってきた。この成体における新生ニューロンは、ある種の学習や記憶、また本－143－－ 149 －

目次へ

能的・生得的な行動において必須の役割を果たしていることが示されて来ている。そして新生ニ
ューロンの数の減少は、学習能力の低下や鬱などの精神疾患との相関が示されている。更に脳の損傷時には神経幹細胞が活性化して、損傷修復に寄与する可能性も示唆されている。そこで我々は、成体における神経幹細胞がどのように制御されて長期間維持され、必要に応じて正しい数と種類の新しいニューロンを作っているのか、を明らかにすることを目指し、正しい脳の働きの理解につなげたいと考えている。
我々はこれまでに、成体神経幹細胞の分裂頻度を低く保つ責任因子（p57）を同定した。 そして興味深い事に、p57 をノックアウトしてから長期間経つと成体神経幹細胞の数が減少してしまうことを見つけた。従って、神経幹細胞の分裂できる回数には上限があって、素早く分裂しすぎるとその上限にすぐに達してしまい、分裂しなくなることが示唆された。つまり、成体神経幹細胞は出来るだけ分裂頻度を抑えることによって自身を長期間（一生）保っていると考えられる。
また、運動や神経活動などの刺激に応じて p57 タンパク質が減少する事が、成体神経幹細胞の活性化を引き起こすことも明らかとなった。以上のように p57 による成体神経幹細胞の細胞周期の制御が、短期的なニューロン新生の亢進と長期的なニューロン新生の維持の両方において重要な役割を果たす事が分かってきた。さらに、老マウスにおいてはじめて p57 をノックアウトすると、加齢によって減少したニューロン新生が再活性化されることも確認された。私たちは、このような発見を介して高齢化社会/ストレス社会において脳機能の低下を軽減することに貢献した
いと考えている。
大脳新皮質の領野形成メカニズムについて
哺乳類の大脳新皮質は構造的特徴の違いからヒトでは５０あまりの「領野」に区分されている。
各領野は特定の脳機能と関連しており、対応する機能によって「運動野」「体性感覚野」「視覚野」「聴覚野」などと名付けられている。各領野のニューロンはそれぞれ領野特異的な遺伝子発
現プロファイルや神経ネットワークを築くことで異なる機能を担っていると考えられている。従って、領野の形成メカニズムの解明は「脳の機能発現」の理解に密接に繋がる重要な課題である。
しかしながら、どのようなメカニズムにより領野の個性が獲得されるのかについては不明な点が多く残されている。
これまでの研究から、領野の個性決定には胎生早期の神経幹細胞において発現する遺伝子群が貢献していることが示唆されている。このことから、胎生早期の大脳新皮質神経幹細胞は均一な細胞集団ではなく、大脳新皮質内の異なる位置において異なる性質を獲得している可能性が考えられる。そこで我々は、胎生早期の大脳新皮質において領域特異的に発現する遺伝子を探索し、それらの遺伝子が領野の個性決定にどのように貢献するのかを調べている。領野形成の異常は、統合失調症や自閉症などの様々な神経疾患の原因となっているとも考えられおり、その形成メカ
ニズムの解明は疾患治療にも繋がることが期待される。
以上の脳発生および神経幹細胞に関する研究は、我々の脳の構築に関する理解につながるだけ
でなく、神経幹細胞を用いた再生医療や精神疾患治療への重要な基盤となると考えている。

－144－－ 150 －

目次へ

２. 細胞の生死・運動・がん化および感染防御のシグナル伝達機構
分子生物学教室では、がんや自然免疫応答の系においても、個々の細胞が細胞外から受け取ったシグナルを（細胞内の情報と合わせて）どのように解釈し細胞運命に反映させるのかについて研究を進めている。例えば、ウイルス感染における自然免疫応答では、外敵の侵入を感知した細胞かインターフェロン応答やアポトーシスなどを引き起こすが、これらの応答がどのように 決定されるのかについては十分にわかっていない。また、がんの悪性化では、細胞の運動性が上昇
し浸潤能を獲得する。これらのプロセスを細胞内シグナル伝達経路に着目し解析している。 こ
れらの研究は、細胞が環境に応じてさまざまな応答を起こす仕組みの理解と、新たな製薬標的の発見に貢献することが期待される。
ウイルス感染に対する防御機構について
高等哺乳動物は、ウイルスの感染の初期においては自然免疫系を用い、後期においては獲得免疫系を用いてウイルスに対抗する。自然免疫応答の中でも特に中心的な役割を担うのが、液性因子一型インターフェロン（typeⅠ IFN）を介した応答である。ウイルス感染が起こり、一部の感染細胞から分泌された typeⅠIFN は自身や周囲の細胞にウイルス複製を制限する活性を与え、”抗ウイルス状態”へと導き、 感染細胞からウイルスを排除する。実際、typeⅠIFN を受容できないマウスは、野生型マウスに比べウイルス増殖が亢進し、早く死に至ることが報告されている。
また、抗ウイルスの生体防御には、typeⅠIFN 産生とは別に感染細胞が細胞死を誘導する機構が知られている。これは、感染細胞を取り除くことで感染拡大を抑制できるからであると考えられている。 従って、感染細胞は自身の生存を犠牲にし、他の細胞や個体の生存を優先するというプログラムを有しているとも考えられる。typeⅠIFN 産生と細胞死の誘導という宿主応答は、どちらも感染個体の生存に貢献すると考えられるが、typeⅠIFN 産生では細胞が維持されるのに対し、細胞死では文字通り細胞が失われる。従って感染細胞の運命という点では、どちらの戦略を選ぶのかが非常に重要である。しかしながら、ウイルス感染における typeⅠIFN 産生と細胞死誘
導の使い分け機構が存在するかは分かっていなかった。
我々は、MAPKKK の ASK1 がウイルス RNA による IFN-βと細胞死の誘導に必要であることを見いだした。また、ASK1 のファミリー分子 ASK2 が、ASK1 を介した抗ウイルス応答のうち細胞死の誘導のみに選択的に寄与する鍵分子であることも見いだした。このことから、細胞は ASK1と ASK2 を介した IFN 産生と細胞死誘導の使い分け機構を有していると考えられる(図 1)。非常に興味深いことに、ASK1 の発現は組織間で比較的一定であるのに対し、ASK2 の発現は肺や皮膚等の上皮組織で特に高く、脳や心臓等の非上皮組織では低いことが知られている。細胞死の誘導
は、感染細胞を除去することで感染の拡大を防ぐことができるというメリットがあるが、同時にその細胞の持つ重要な機能を失うデメリットを伴う。損傷時の修復の早い上皮組織においてはそのデメリットが軽減されることが考えられる。従って、修復の早い上皮組織においては IFN 産生に加え ASK2 を介した細胞死の誘導が、一方の心臓や脳といった修復の遅い非上皮組織においては細胞死を用いずに主に IFN 産生によってウイルス感染に対抗しているという可能性が考えられる。
ウイルス感染時の細胞死は組織の傷害を招く危険性があり、他方のⅠ型 IFN 産生はウイルス感染に続く二次的な細菌感染に対する抵抗力を下げる可能性がある。従って、IFN 産生と細胞死と－145－－ 151 －

目次へ

いう二つの応答は感染個体にとって常に有益であるとは限らない。我々は、細胞がウイルス感染に対するⅠ型 IFN と細胞死の誘導を使い分けていることを見出した。使い分け機構の解明は、抗ウイルス応答の使い分けを人為的に操作する可能性につながる。そして、感染細胞の抗ウイルス応答の使い分けを人為的に制御することは、抗ウイルス応答が個体に与える悪影響を回避しながら、ウイルスを排除する治療方法の確立に貢献出来ると期待している。
原がん遺伝子 Akt のシグナル伝達について
Akt はセリンスレオニンキナーゼであり、MAP kinase と同様に種々の増殖因子によって活性化される。 Akt は細胞の生存促進に重要な役割を果たしており、これまでに当研究室を含め、その分子メカニズムが数多く報告されている 。Akt は生存促進の他にも、増殖促進、インスリン下流の代謝調節など、様々な現象に関わっている。
Akt は原がん遺伝子としても知られており、乳癌、膵癌、子宮癌等、様々ながんで異常な活性化が高頻度に観察されている。また、Akt の異常な活性化はがんの悪性度や抗がん剤耐性とも相関が高い。当研究室は以前に、Akt のがん悪性化と関連した機能として、細胞の運動性・浸潤性に Akt が必須の役割を果たす事を報告した。
以上のように、Akt はがんの発生・悪性化などの複数のステップに関わり、がん化を誘導する
ため、抗がん剤の標的になりうると考えられる。しかしながら、Akt の機能全体を抑制する阻害剤は、がん細胞だけでなく正常細胞の生存も損なうことになり、多大な副作用が予想される。
また Akt2 ノックアウトは糖尿病様の表現型を呈することからも Akt の活性すべてを阻害する薬
剤は望ましくない。そこで Akt の持つ機能のうち、 がん悪性化に関わる機能（たとえば細胞浸潤促進機能）のみを抑制することが出来ることは有効なストラテジーとなる可能性がある。当研究室では既に、Akt の細胞運動性促進に関与するが、生存促進には必要のない活性化因子としてPAK を同定している。そこでこの PAK がいかにして Akt の細胞運動性に関わる機能だけを特異的に促進しているかについて現在検討中である。
Akt の下流で細胞運動性を制御するメカニズムが明らかになれば、こちらもがん悪性化の標的候補となる。当研究室では Akt がいかにして細胞運動性の制御を行っているかについて調べ、既に（１）極性をもった微小管安定化、および （２）細胞接着のターンオーバー、への関与を見いだした。 現在極性を持った細胞運動制御について研究を進めている。

教育の概要
分子生物学教室では、学部の講義として「機能生物学」を担当し、生命体の成り立ちを細胞レ
ベル・分子レベルで理解し、生物系薬学を学ぶための基盤となる知識と技能の習得を目指して講義を行った。
大学院の講義として「基礎薬科学特論 III」の一部を担当し、「脳発生における遺伝子発現制御機構」とのタイトルで、遺伝子発現制御機構の最近の知見を紹介した。特に、網羅的発現解析に
よって明らかとなってきたユニークな現象を紹介し、生物学の基本である遺伝子発現制御機構が興味深く学べるような内容とした。

－146－－ 152 －

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分子生物学教室配属の学生に対しては、世界をリードする独創性の高い研究を推進する力を養
うための教育・指導を行っている。教室メンバー全員が参加する研究室セミナーでは、研究の進
め方、まとめ方、プレゼンテーションの仕方について指導するだけでなく、教室メンバー全員で活発なディスカッションを行い、自由な発想/自分の考えを持って主体的に研究することを評価する指導を行っている。大学院生については積極的に国際学会に参加する機会を与え、海外から研究者を招くなど世界で通用する研究者の育成を目指している。

自己点検･評価教授の後藤は、2013 年 10 月に分子生物学教室教授に着任し、「生命の根幹をなす細胞社会を構築する原理（特に個々の細胞運命が決定する仕組み）を分子レベルで理解する」という目標に
向かって研究を進めている。分子生物学教室には、脳発生・幹細胞・エピジェネティクス、自然
免疫応答、がん化をテーマとした４つのグループがある。それぞれ扱う生命現象は多様だが、研究グループ間でのディスカッションが活発に行われており、相乗的な研究活動を行っている。後藤教授は、AMED 研究領域「生体恒常性維持・変容・破綻機構のネットワーク的理解に基づく最適医療実現のための技術創出」において研究課題「環境適応・ストレス応答の生体恒常性を司る
神経幹細胞の制御と破綻」（2014-2019 年）で、また科研費基盤 S に研究課題「神経幹細胞の分化運命を決める統合的メカニズムの解明」（2015-2019 年）でそれぞれ採択されており、これまで明らかにしてきた神経幹細胞の分化ポテンシャル制御に関する知見を基盤に、現在新たな研究に取り組んでいる。

学

術

論

文

1. Itoh, Y., Higuchi, M., Oishi, K.,Kishi, Y., Okazaki, T., Sakai, H., Miyata, T., Nakajima, K., Gotoh,
Y. The PDK1-Akt Pathway Regulates Radial Neuronal Migration and Microtubules in the Developing
Mouse Neocortex
PNAS. 113(21): E2955-64, 2016

2. Nagao, M., Ogata, T.,Sawada, Y., and Gotoh,Y. Zbtb20 promotes astrocytogenesis during
neocortical development
Nat. Comm. (2016) 7: 11102, 2016.

－147－－ 153 －

目次へ

総説・著書、その他
1.

古舘昌平、後藤由季子：成体神経幹細胞の発生起源とその制御、細胞工学 1 月号、88(p5859)、学研メディカル秀潤社

2.

岸雄介

2016

神経発生における遺伝子発現パターンの制御メカニズム、ブレインサイエンスレビ

ュー2016、p213-236、（公財）ブレインサイエンス振興財団, 20163.

岡崎朋彦 ASK ファミリーキナーゼは抗ウイルス応答時のⅠ型インターフェロン誘導とアポト－シスを使い分ける、Science Signaling 8 月 4 日号 Research Article , p18-19, コスモ・バイ
オ株式会社, 20164.

岸雄介：神経細胞における RNA-seq –シングルセル RNA-Seq による新たな細胞種の発見を例に–

羊土社, 実験医学別冊 NGS アプリケーション RNA-Seq 実験ハンドブック,

212-216, 2016
5.

今泉結，川口大地，古舘昌平，後藤由季子：成体神経幹細胞の未分化性維持機構と発生起源について、生化学 88 (6), p766-770, 公益社団法人 日本生化学会, 2016

学

会

発

表

1. 後藤由季子：神経幹細胞の運命を司るクロマチン制御、「ゲノム支援」公開シンポジウム、
2016.1.14、秋葉原 UDX Gallary NEXT-1、東京 ,O
2. 後藤由季子：Embryonic vs adult neural stem cells、新学術領域大脳新皮質構築修了国際シンポジウム「Neocortical Organization Ⅲ」、2016/2/11-12、東京 ,O
3. Yukiko Gotoh: Regulation of Neural Stem Cell Fate during Embryogenesis and in the adult、
Neurogenesis, 2016/3/2-5, Cancun, Mexico ,O
4. Yukiko Gotoh: Embryonic vs adult neural stem cells, CDBC2016 Satellite Symposium on Forebrain
Neurogenesis, 2016/3/16-17, Banff, Canada ,O
5. 今泉 結、川口大地、古舘昌平、後藤由季子：大脳皮質発生における p57 インプリント鎖の役割について、第９回神経発生討論会・難治疾患共同研究拠点共同開催学術集会、2016/3/1819,東京,O
6. 後藤由季子：神経幹細胞の運命制御、脳科学若手の会、2016/3/26-27、神奈川 ,O
7. Shima Yamaguchi, Yujin Harada, Shohei Furutachi, ○Yukiko Gotoh: Molecular Mechanisms
Regulating the Neurogenic Stem Cell Niche in the Embryo and Adult Brain, 18th International
Neuroscience Winter Conference, 2016/4/2-6, Innsbruck, Austria ,O
8. Yusuke Kishi, Yusuke Hirabayashi, Kelsey Tyssowski, Haruhiko Koseki, Yutaka Suzuki, Yukiko
Gotoh： Locus-speci c expansion of Polycomb domain determines the temporal repression of the－148－－ 154 －

目次へ

neurogenic genes in neocortical development, 第 14 回幹細胞シンポジウム, 2016/5/20-21,兵庫,O
9. 後藤由季子：神経幹細胞の運命制御、タイムシグナルと制御シンポジウム、2016/6/10-11、
静岡 ,O
10. Hikari Eto, Masafumi Tsuboi, Yusuke Kishi, ○Yukiko Gotoh: Regulation of neural stem cell fate
during mouse development, Gordon Research Conference Molecular & Cellular Neurobiology,
2016/6/12-17, Hong Kong, China ,O
11. 河合宏紀，成嶋千春，古舘昌平，後藤由季子：成体神経幹細胞の静止期制御と胎生期感染、第 68 回日本細胞生物学会大会、2016/6/15-17、京都,O
12. 田中秀明、後藤由季子、岡崎朋彦：ペルオキシソームの新規機能の探索-ミトコンドリアからの cytochrome c 放出制御-

第 68 回日本細胞生物学会大会、2016/6/15-17、京都,O

13. 後藤由季子：脳発生および成体における神経幹細胞の運命制御、第 136 回奈良医学会、
2016/7/5、奈良,O
14. 岸雄介、川路啓太、坂井星辰、後藤由季子:クロマチン構造変化の可視化によるニューロン分化遺伝子群制御機構の解明, 新学術領域「クロマチン動構造」第 4 回班会議, 2016/7/7-9,
北海道,O
15. 多賀亮介、後藤由季子、岡崎朋彦：アポトーシスを決定する「細胞死孔」の分子機構の解析、ミトコンドリアサイエンスワークショップ 2016、2016/7/14-15、福岡,O
16. 田中秀明、後藤由季子、岡崎朋彦：ペルオキシソームの新規機能の探索-ミトコンドリアからの cytochrome c 放出制御-

ミトコンドリアサイエンスワークショップ 2016、2016/7/14-15、

福岡,O
17. Daichi Kawaguchi, Dennis O'Leary, Yukiko Gotoh: A mechanism of autism-related cortical
overgrowth at early postnatal stages, 第 39 回日本神経科学大会, 2016/7/20-22、神奈川,O
18. 岸雄介、川路啓太、坂井星辰、後藤由季子: 神経発生におけるクロマチン制御, 新学術領域「生殖細胞エピゲノム」「ステムセルエイジング」合同若手勉強会 2016, 2016/7/27-29,
大分,O
19. Shima Yamaguchi, Yujin Harada, Shohei Furutachi, ○Yukiko Gotoh: Intrinsic and Extrinsic
Regulators of Neural Stem Cells, Gordon Research Conference (Neural Development), 2016/7/318/5, Newport, USA ,O
20. Hikari Eto, Masafumi Tsuboi, Yusuke Kishi, ○Yukiko Gotoh: Regulation of Neural stem cell fate
during mouse development、EMBO workshop Neural Function and Cell Fate Choice, 2016/9/18-22,
Kyllini, Greece ,O
21. 岸雄介、川路啓太、坂井星辰、後藤由季子: 大脳新皮質ニューロン分化過程におけるクロマ
チン構造変化, 第 89 回日本生化学会大会, 2016/9/25-27, 宮城,O

－149－
－ 155 －

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22. 後藤由季子：Regulation of neural stem cell fate during development and in the adult、熊本大学リエゾンラボ研究会、2016/9/28、熊本,O
23. 岸雄介: 神経発生におけるクロマチン構造制御の役割, 名古屋大学 IGER SEMINAR/アドバン
ス生命理学特論, 2016/10/21,愛知,O
24. 後藤由季子：神経幹細胞の運命制御、六甲医学研究会、2016/10/28-29、兵庫,O
25. Yukiko Gotoh: Regulation of neural stem cell fate during development and in the adult、第１４回
RCGM フロンティア国際シンポジウム、2016/11/11-12、埼玉,O
26. Yukiko Gotoh: Special Lectures/Regulation of Neural stem cell fate during development and in theadult, Society for Neuroscience 46th Annual Meeting, 2016/11/12-16, SanDiego, USA ,O
27. 後藤由季子：Regulation of neural stem cell fate by intrinsic and extrinsic factors, 第 39 回日本分子生物学会年会、2016/11/30-12/2、横浜,O
オーガナイザー：Generation of neuronal subtypes and initial steps of circuit formation
28. 岡崎朋彦、武地佳菜、後藤由季子: Modulation of the antiviral adaptor IPS-1-mediated innate
immune responses by carboxylation、 第 45 回日本免疫学会学術集会、2016/12/5-7、沖縄,O
Saeko Aoyama, Tomohiko Okazaki, Yukiko Gotoh: Identification of a novel anti-viral protein
essential for innate immune responses, 第 45 回日本免疫学会学術集会, 2016/12/5-7, 沖縄,O
29. 武地佳菜、後藤由季子、岡崎朋彦：A possible role of IPS-1/MAVS as an intercellularcommunicator、第 45 回日本免疫学会学術集会、2016/12/5-7、沖縄,O
30. Yusuke Kishi, Yusuke Hirabayashi, Kelsey Tyssowski, Haruhiko Koseki, Yutaka Suzuki and Yukiko
Gotoh：Locus-Specific Expansion of Polycomb Domain Determines the Temporal Repression of the
Neurogenic Genes in Neocortical Development、新学術領域「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」第 3 回国際シンポジウム、2016/2/11-12、東京 ,P
31. Yusuke Kishi and Yukiko Gotoh：In utero transfection to neuroepithelial cells before neural tube
closure、第 9 回神経発生討論会・難治疾患共同研究拠点共同開催学術集会、2016/3/18-19、東京, P
32. Wakana kyozuka, Yusuke Kishi, Masafumi Tsuboi, Yusuke Hirabayashi and Yukiko Gotoh: Mbd3
represses the neurogenic potential of neocortical neural precursor cells. 第 9 回神経発生討論会・難治疾患共同研究拠点共同開催学術集会、2016/3/18-19、東京, P
33. Tomohiko Okazaki, Kana Takechi, and Yukiko Gotoh: Modulation of the antiviral adaptor IPS-1mediated innate immune responses by carboxylation, Gordon Research Seminar 「 Immunity in
Homeostasis, Disease and Therapy」, 2016/6/18-19, Barga, Italy, P
34. Tomohiko Okazaki, Kana Takechi, and Yukiko Gotoh: Modulation of the antiviral adaptor IPS-1mediated innate immune responses by carboxylation, Gordon Research Conferences「Immunity in
Homeostasis, Disease and Therapy」, 2016/6/20-24, Barga, Italy, P
35. Daichi Kawaguchi, Dennis O'Leary, Yukiko Gotoh: Early, brain-specific deletion of Fgf10 produces－150－－ 156 －

目次へ

mice with brain and behavioral defects relevant to autism, Gordon Research Seminar and Conference(Neural Development), 2016/7/30-8/5, Newport, USA, P
36. 山口詩真、渡辺知幸、河合宏紀、古舘昌平、後藤由季子: 成体神経幹細胞の胎生期起源細胞を形成するトリガーの探索、第 28 回高遠シンポジウム、2016/8/25-26、長野, P
37. Hiroki Kawai, Shohei Furutachi, Ben Kuebrich,Takeo Kitamoto, Masahiro Yamaguchi, and Yukiko
Gotoh： Area-specific regulation of quiescent neural stem cells by Notch3 in the adult mouse
subependymal zone, 第 10 回 Notch 研究会, 2016/10/5-6, 静岡, P
38. Yujin Harada, Shohei Furutachi, Daichi Kawaguchi, and Yukiko Gotoh: Role of the cdk inhibitor
p57kip2 in regulating the fate of embryonic neural progenitor cells, Society of Neuroscience,
2016/11/12-16, San Diego, USA, P
39. 岡崎朋彦、武地佳菜、後藤由季子: Modulation of the antiviral adaptor IPS-1-mediated innate
immune responses by carboxylation、 第 45 回日本免疫学会学術集会、2016/12/5-7、沖縄, P
40. 武地佳菜、後藤由季子、岡崎朋彦：A possible role of IPS-1/MAVS as an intercellularcommunicator、第 45 回日本免疫学会学術集会、2016/12/5-7、沖縄, P－151－－ 157 －

目次へ◆遺伝学教室◆
教授

三浦 正幸（みうら・まさゆき）

昭和 58 年東京都立大学理学部卒、昭和 63 年大阪大学大学院理学系研究科博士課程修了
前職：理化学研究所脳科学総合研究センターチームリーダー、理学博士

准教授

山口 良文（やまぐち・よしふみ）

平成 11 年京都大学理学部卒、平成 17 年京都大学大学院生命科学研究科博士課程修了、前職：東京大学大学院薬学系研究科助教、博士（生命科学）

助教

古藤 日子（ことう・あきこ）

平成 17 年東京大学薬学部卒、平成 22 年東京大学大学院薬学系研究科統合薬学専攻博士課
程修了
前職：ローザンヌ大学研究員、薬学博士

特任助教 勝山 朋紀（かつやま・とものり）平成 12 年東北大学薬学部卒、平成 17 年東北大学大学院薬学研究科創薬化学専攻博士課程単位取得退学
前職：東京大学大学院薬学系研究科特任研究員、薬学博士

研究の概要
多細胞動物が作られる発生過程では、様々な種類の細胞が作られるとともに、一度作られた細胞を除去するプログラム細胞死という現象がおこる。このような過程を経て形成された細胞は集まって細胞社会が形成される。細胞社会における個々の細胞の役割や調節、組織の維持機構を遺伝子レベル
で明らかにするために、遺伝学教室では遺伝学的な操作と生体イメージングによる解析に力を入れて研究を行っている。遺伝学的な研究に適した生物であるショウジョウバエとマウス（モデル生物と呼ばれる）を用いた研究を用い、細胞や分子の振る舞いを生体イメージングによって明らかにし、生命現象を担う分子の働きを明らかにする研究を行っている。さらにこれまで分子レベルでの解析があまり行われてこなかった動物（非モデル生物）が見せる特徴的で魅力的な生命現象を解明すべく、遺伝学的な研究で培ったアプローチや考え方を基礎に、分子レベルの研究から切り込んでいる。
1. 細胞傷害によって引きおこされる組織再生の全身性制御機構
ショウジョウバエでは再生する組織として幼虫に存在する上皮性の成虫原基が知られている。組織再生の全身性制御機構を明らかにする目的で、ショウジョウバエ翅成虫原基にて遺伝学的な条件付き細胞除去法を用いた再生系を構築した。この新たに構築した再生実験系は細胞死誘導を行った組織とは独立に、任意の組織での遺伝子操作が可能な実験系である。温度感受性のジフテリア毒素(DT-Ats)を翅成虫原基の将来翅になる部分（翅ポーチ）で発現させ、飼育温度を 29℃から 18℃に変えることによって一過性に翅になる上皮細胞に細胞死を誘導する。その後、飼育温度を 29℃に戻し細胞死誘導活性を抑えて発生を続けると、組織傷害を誘導しなかった個体と同じサイズの翅が形成された。翅成虫原基の傷害によって、傷害部位から離れた脂肪体で SAM 代謝が変化した。この代謝変化の生理的役割を探る目的で脂肪体での SAM 代謝酵素を遺伝学的に
－152－
－
158 －

目次へ

操作する実験を行ったところ、翅の再生が SAM 代謝を促進しても抑制したも阻害された。脂肪体での SAM 代
謝酵素の操作は正常発生での翅形成には何ら影響を与えないことから、翅成虫原基の傷害から再生にいたる
組織間応答に特異的に SAM 代謝が関わることが考えられる。このように翅成虫原基傷害後の脂肪体 SAM 代謝
変化は、翅再生を遠隔操作によって支持する重要な役割を持つことが示唆された。ヒトやマウスの肝臓は、その７割近くを切除しても再生することが知られているが、SAM を消費する GNMT や SAM を合成する MAT1A の機能が低下したマウスにおいて、肝臓の再生が阻害されることが報告されており、組織再生における SAM 代
謝の種を超えた重要性が考えられた。組織傷害から何らかのシグナルが脂肪体に伝わり SAM 代謝を変化させ、その下流で翅成虫原基の再生を制御する仕組みの存在が明らかになったため、現在、遺伝学的なスクリーニ
ングによって組織間シグナルの受け渡しの分子実態を明らかにすべく研究を進めている。
2. ショウジョウバエ外感覚器前駆体細胞と上皮細胞運命のゆらぎ
ショウジョウバエの外感覚器は、外部の物理的、化学的刺激を受容する末梢神経器官であり、これまでの解析からカスパーゼ活性化が中胸小盾板における外感覚器前駆体(SOP)細胞数の安定性に影響を与える事を明らかにしていた。この場合、カスパーゼ活性は非細胞死誘導機能として SOP の産生に関わっている。カスパーゼは様々な体内環境の変化をストレスとして感知して活性化し、その活性化程度に応じて細胞死、非細胞死の作用によって細胞運命に関与することが考えられた。カスパーゼ活性化変異体では SOP 数に揺らぎが生じるが、SOP 形成の揺らぎに影響を与えるエピジェネティクス制御因子に注目して RNAi スクリーニングを
プロニューラルクラスターでおこなった。その結果、eggless/SETDB1 のノックダウンにより、SOP 数に揺らぎがでる事が明らかとなった。eggless/SETDB1 はヒストン H3K9 メチル化をになう酵素である。H3K9 メチル化は遺伝子発現における抑制性のヒストン修飾であるため、SOP 形成経路が抑制的なエピジェネティック制
御を受けて SOP 数を厳密に制御する仕組みがあると考えられた。カスパーゼ阻害による SOP 数増加の表現型
は、eggless/SETDB1 のノックダウンによりさらに増強した。このことは胚の内外からのストレスが直接、間接にカスパーゼの機能に関わり細胞の運命決定制御を行っていることを示唆している。
3．冬眠を可能とする分子機構
自然界には、通常であればその構成細胞が死んでしまい最終的に個体死に至るような極限状態でも生存を可能とする動物が存在する。その一例は冬眠する哺乳類である。なぜこれら冬眠動物
は寒冷飢餓状態での生存が可能なのか、その分子メカニズムは未だ殆ど明らかになっていない。
これまでの報告から、冬眠動物も一年中、冬眠可能な生体状態にある訳ではないことが、複数グ
ループの研究により示唆されている。当研究室では通年での冬眠研究が可能な哺乳類モデル生物を用いて、冬眠を可能とする分子機構の解明を目指し研究を行っている。これまでに、秋期から冬期に対応する時期において、体温調節機構が全身・臓器レベルで変化することを明らかにした。
さらに冬眠誘導には体重の閾値が存在することも明らかにし一連の結果を報告した。現在、冬眠動物において生体が非冬眠可能状態から冬眠可能状態に変化していく過程の分子基盤を解明すべ
く、脂質代謝変化、体温調節、低温・虚血再灌流耐性、骨格筋の適応変化等についてさらに研究を進めている。

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－
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4．社会環境応答の神経メカニズム
複雑な社会性を営む生物にとって、周囲の物理的環境や同じ社会に属する他個体との相互作用により自身の行動を柔軟に変化させ立ち振る舞うことはその生存に必須である。しかしながら、その一連の行動基盤を制御する神経メカニズムは未だ不明な点が多い。本研究は、社会性昆虫であるアリが生来備える高度な社会性行動に着目し、個体間相互作用、及び環境要因に基づき各個体の社会性行動が柔軟に制御されるメカニズムを分子生物学的に明らかにすることを目指す。アリやミツバチといった社会性昆虫は集団（コロニー）を作り、様々な階級（カースト）を備えた分業体制によって社会生活を営む。その大きな特徴として集団内に女王アリ、雄アリに加え、生殖能力を持たない非生殖階層を備えた社会性構造を持つことが挙げられる。さらに、非生殖カー
ストの大半を占める労働アリには高度な労働分化が存在する。労働分化状態を規定する要因の一つとして、労働アリの仕事内容は日齢に伴い変化することが知られている。若い個体は幼虫に餌を与える育児、巣作り、女王の世話といった巣中での内勤労働(nurse)に従事し、日齢が進むに
つ れ餌取 りなど の外勤労 働（ forager ）へと移 行する 。外勤 労働アリ が得た 餌は栄 養交 換
（trophallaxis）によって同じコロニーに所属する個体間で共有される。各個体の栄養状態や行動様式は所属するコロニーの社会環境に依存することが知られている。これまでの研究から、コロニーから隔離された労働アリは顕著に寿命が短縮することが明らかとなった。さらに顕著な消化機能の低下が観察されたことから、社会的環境に依存した栄養交換行動、及び消化機能の制御
メカニズムについて解明を進めている。次世代シーケンサーを用いた遺伝子発現比較解析により、孤立アリで発現変動がみられる遺伝子群を同定し、そのシグナルを人為的に操作する実験系を構築することにより、社会環境が個体の生存維持機構を制御する仕組みの解明を目指し研究を進めている。また、その行動制御に関わる分子メカニズムとして、昆虫においても進化的に高度に保存されているオキシトシンバソプレシンファミリーに属するペプチドホルモンの生理機能に着目し、その生理機能解析を行っている。

教育の概要
遺伝学教室は、学部の講義として「発生遺伝学」の全て、「機能形態学」、「教養部総合科
目」、「薬学実務実習」の一部を担当している。「発生遺伝学」では、学部２、４年生に対して
分子遺伝学的な研究を取り入れた発生生物学全般を教えた。ショウジョウバエやマウスといったモデル生物の遺伝学的な手法を用いた研究として、個体レベルでの遺伝子・分子機能解析の基礎に加え、環境と発生、進化と発生に関しても講義を行った。細胞を用いた遺伝子機能解析と、個体での遺伝子機能解析の、それぞれの特徴を意識することが、個体を対象とする疾患研究に重要となってくる。遺伝子の機能を個体レベルで明らかにする発生遺伝学は、遺伝学、分子生物学、生化学、細胞生物学の知見が総合される。よって、バイオサイエンスの基礎とこの講義を学ぶことで、分子が個体レベルでどのように作用しているのか、さらに遺伝子・胚操作など社会的にも取り上げられることの多い研究領域を理解することが出来るようになると考えている。「機能形態学」では、｢泌尿器・生殖器系の発生と機能｣｢消化管・肝臓の構造と機能｣および｢内分泌系｣についての基礎的な講義を行った。教養学部において「総合科目「生物薬学概論」：ケミカルバイ
オロジーⅡ（生物学から見たケミカルバイオロジー）」では「モデル生物を用いた個体レベルで
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－
160 －

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の分子機能解析」について概説した。また、大学院においては基礎薬科学特論IIIで｢モデル生物を用いた遺伝学的医学研究｣を担当した。講義以外では「遺伝学実習」を担当しショウジョウバ
エを用いた細胞死、感染症に関する基礎実験を通して、個体レベルでの分子機能解析法を教育した。
遺伝学教室では、研究室セミナー（週一回）で研究の進め方、まとめかたや、プレゼンテーシ
ョンの仕方を指導している。このセミナーは国際的な学会で研究者と交流することを想定して英語でおこなっている。個々の研究テーマに関しては教員と学生とが密にディスカッションを行い、研究の方向性や結果の解釈、研究倫理などを指導している。また、文献紹介のセミナーも頻繁に行っている。大学院生は国際学会に積極的に参加して、世界的なレベルで自分の研究の位置を知り、先端研究を推進する力を養っている。

自己点検･評価
遺伝学教室の特徴的な研究アプローチは分子機能解析を個体レベルで行っていく研究スタイルで、遺伝学と生体イメージング、分子生物学、細胞生物学、生化学を用いて研究を進めている。多細胞動物に特徴的な細胞社会からなる組織での細胞機能調節、細胞運命決定、恒常性の維持、さらには組織間の連関による生体の調節機構を解明することを主眼に「分子の働きを個体で観察し操作する」ことによって生命現象の理解をする研究を行っている。
三浦教授は、「生体恒常性維持・変容・破綻機構のネットワーク的理解に基づく最適医療実現のための技術創出」AMED-CREST 研究領域に研究課題「個体における組織細胞定足数制御による恒常性維持機構の解明」に参加して研究を推進している。発生での組織形成や、成体での造血系、腸上皮、皮膚といった細胞再生系では、生理的に寛容なストレス刺激に応答して、細胞死がおこるとともに代償性に細胞が増殖し、必要な細胞を補充させることで定足数の維持を行っていると考えられる。マウス成体の肝臓や発生中のショウジョウバエ成虫原基に傷害がおこると、もとのサイズに再生する。組織形成や再生時の組織細胞定足数を制御する仕組みの破綻が多くの病態の進行に関わると考えられる。これまで傷害組織自体の応答に関しては多くの研究がされてきたが、全身性制御機構の発動に関しての知見は未だに乏しく、遺伝学的な研究に優れたショウジョウバ
エを用いた研究によって解明を目指した研究を行った。ショウジョウバエ成虫原基再生をモデルにして、組織再生における組織間相互作用を遺伝学的に解析が行える実験系を構築した。この解析系を用いた研究で、組織傷害に応答して傷害部位とは離れた脂肪体組織でのメチオニン代謝が変動することを見いだした。このメチオニン代謝変化は、幼虫の翅成虫原基再生における定足数制御に重要な働きをしていることが明らかになった。
科学研究費助成事業基盤研究（S）「細胞死を起点とした細胞外コミュニケーションの発動と生理機能」におけるおける研究を開始した。これまで細胞死は、不要になった細胞の除去という消極的な役割で認識されていた。しかし近年の個体内における細胞死を操作した研究から、細胞死はシグナルセンターとも呼べるようなシグナル分子の発信源になっている姿が浮かび上がってきた。この研究では、細胞死に伴って発せられるシグナル分子の発現、分泌の分子機構を明らかにし、その遺伝学的な操作、細胞生物学的な解析を通して、新たな細胞間、組織間相互作用の解明を行っている。

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山口准教授は、ショウジョウバエで得られた知見を生かしつつ、哺乳類哺乳類での細胞死シグナルの生理的機能とその意義を明らかにすることを目指して、新学術領域「ダイイングコード」
において研究を継続している。本年度は、パイロトーシス細胞から放出される因子のイメージン
ングを一層推進するとともに、脳発生期に正中線で生じるアポトーシが細胞分化運命の異常な細胞を除去することを示唆する重要な知見を得た。また並行して、細胞死制御が劇的に変化すると予想される「冬眠」現象の分子メカニズム解明に向けて、科学研究費助成事業基盤研究（B）の支援を新たに得て研究を進めている。冬眠モデル生物であるゴールデンハムスターが冬眠可能状態へと生体を変化させる過程、すなわち前冬眠期で生じる体温および体重の変化を解明し、国際誌面誌に論文を報告した。また、遺伝子改変ゴールデンハムスターの作出に向けたトライを継続して行っている。
古藤助教は社会性昆虫であるアリを生物試料とし、個体間のコミュニケーションがどのようにして各個体の健康状態や生存維持機構維持機構に寄与するのか、その分子メカニズムを明らかにすることを目指している。これまでの当研究室を含む先行研究から細胞社会においても周囲の細胞の相互作用により互いの生死の運命を制御することが明らかとなってきた。アリのコロニーにおける社会的相互作用による生存維持機構の解析により、細胞レベル、さらには個体レベルでの社会コミュケーションが生死の決定にいかに関わるかを明らかにすることを目指している。具体的にはコロニーから隔離された隔離された労働アリの寿命や生理状態、また行動パターンを定量解析することにより、労働アリが周囲の社会環境にどのように応答し、いかなる生存戦略機構を進化させてきたか、その神経分子機構の解明を目指している。これまでに孤立したアリは行動量の上昇に伴うエネルギー消費量の増加、及び消化機能の低下によるエネルギー産生量の低下により寿命が顕著に短縮することが明らかとなり、現在は次世代シーケンサーによる遺伝子発現比較
解析により、社会性環境によるエネルギーバランス制御機構の解明を目指している。また、アリの社会性行動を制御する分子メカニズムとして、昆虫においても進化的に高度に保存されている
オキシトシンバソプレシンファミリーに属するペプチドホルモンの発現解析を行い、さらに遺伝学的、薬理学的にシグナル経路を操作する実験系の確率によりその生理機能解析を目指している。
勝山特任助教はショウジョウバエ幼虫の成虫原基をモデルに、傷害組織修復における組織間相互作用に焦点を当て研究を進めている。自身の研究を含むこれまでの研究より、損傷を受けた成虫原基では損傷部位周辺の細胞において再生プログラムを活性化するだけでなく、サイトカインやインシュリン様ペプチドといった分泌性蛋白質を介してシグナルを発し、損傷部位から離れた組織を含めた個体レベルでの傷害応答を引き起こすことが分かってきた。これまでに、上記シグナル分子以外にも損傷した成虫原基で発現誘導される分泌性蛋白質をマイクロアレイ遺伝子発現解析から同定し、現在はこれら因子が組織修復において果たす役割を解析している。また別法として、組織間相互作用のためのシグナル分子をやりとりする場である，幼虫体内を満たす体液にスポットを当て、成虫原基損傷により体液中で変化する蛋白質をプロテオミクス解析により絞り込んだ。一方、傷害組織内における再生課程の細胞リプログラミング機構にも着目し、成虫原基内の失われた領域を損傷周辺細胞がどのように再構築するのかについて、その分子メカニズムの解明を目指して
いる。

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学

術

論

文

1) Sakuma, C., Saito, Y., Umehara, T., Kamimura, K., Maeda, N., Mosca, T.J., Miura, M., andChihara, T.: The Strip-Hippo Pathway Regulates Synaptic Terminal Formation by Modulating
Actin Organization at the Drosophila Neuromuscular Synapses. Cell Rep. 16, 2289-2297, 2016.
doi: 10.1016/j.celrep.2016.07.066.
2) Doura, T., Kamiya, M., Obata, F., Yamaguchi, Y., Hiyama, TY., Matsuda, T., Fukamizu, A., Noda,
M., Miura, M., and Urano, Y.: Detection of LacZ-positive cells in living tissue with singlecell resolution. Angewandte Chemie 55, 9620-9624, 2016. doi: 10.1002/anie.201603328
3) Miyake, N., Fukai, R., Ohba, C., Chihara, T., Miura, M., Shimizu, H., Kakita, A., Imagawa, E.,
Shiina, M., Ogata, K., Okuno-Yuguchi, J., Fueki, N., Ogiso, Y., Suzumura, H., Watabe, Y.,
Imataka, G., Yin Leong, H., Fattal-Valevski, A., Kramer, U., Miyatake, S., Kato, M., Okamoto,N., Sato, Y., Mitsuhashi, S., Nishino, I., Kaneko, N., Nishiyama, A., Tamura, T., Mizuguchi,T., Nakashima, M., Tanaka, F., Saitsu, H., and Matsumoto, N.: Biallelic TBCD mutations cause
early-onset neurodegenerative encephalopathy.
Am. J. Human Genet. 99, 950-961, 2016. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ajhg.2016.08.005
4) Semba,H., Takeda, N., Isagawa, T., Sugiura, Y., Honda, K., Wake, M., Miyazawa, H., Yamaguchi,Y., Miura, M., Jenkins, D., Choi, H., Kim, J-W., Asagiri, M., Cowburn, A., Abe, H., Soma, K.,
Koyama, K., Katoh, M., Sayama, K., Goda, N., Johnson, R. S., Manabe, I., Nagai, R., andKomuro, I.: HIF-1α-PDK1 axis induced active glycolysis plays an essential role in macrophagemigratory capacity. Nature Comm. 7, 11635, 2016. doi:10.1038/ncomms11635
5) Matsukawa, K., Hashimoto, T., Matsumoto, T., Ihara, R., Chihara, T., Miura, M., Wakabayashi,T., and Iwatsubo, T.: Familial Amyotrophic Lateral Sclerosis-linked Mutations in Profilin 1
Exacerbate TDP-43-induced Degeneration in the Retina of Drosophila melanogaster through an
Increase in the Cytoplasmic Localization of TDP-43.

J. Biol. Chem. 291, 23464-23476, 2016.

doi: 10.1074/jbc.M116.729152
6) Chayama, Y., Ando, L., Tamura, Y., Miura, M., and Yamaguchi, Y.: Decreases in bodytemperature and body mass constitute pre-hibernation remodelling in the Syrian golden hamster,a facultative mammalian hibernator. Royal Society Open Sci. 3, 160002, 2016. doi:
10.1098/rsos.160002
7) Shinoda, N., Obata, F., Zhang, L., and Miura, M.: Drosophila SETDB1 and caspase cooperatively
fine-tune cell fate determination of sensory organ precursor.

Genes to Cells 21, 378-386,

2016. doi: 10.1111/gtc.12348
－157－
－
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8) Kashio, S., Obata, F., Zhang, L., Katsuyama, T., Chihara, T., and Miura, M.: Tissue nonautonomous

effects

in Drosophila.

of

fat

body

Proc.

Natl.

methionine

Acad.

Sci.

metabolism on
USA.,

113,

imaginal

disc

repair1835-1840,

2016.

doi:

10.1073/pnas.1523681113
9) LeBoeuf, A. C., Waridel, P., Brent, C. S., Gonçalves, A. N., Menin, L., Ortiz,D., Riba-Grognuz, O., Koto, A., Soares, S. G., Privman, E., Miska, E. A., Benton,R., and Keller, L.: Oral transfer of chemical cues, growth proteins and hormones in social
insects. eLife 5, e20375, 2016, doi: 10.7554/eLife.20375.

総説・著書、その他
1）勝山朋紀、三浦正幸：発生、組織修復、再生におけるアポトーシスの役割、実験医学 34, 1026-1031,
20162）劉霆、三浦正幸、山口良文：アポトーシスとバイロトーシスのイメージング、実験医学 34, 1203-1209,
20163）三浦正幸：S-アデノシルメチオニン代謝と全身性傷害応答、実験医学 34, 2430-2436, 20164）三浦正幸：S アデノシルメチオニン代謝は寿命延長の鍵、医学のあゆみ 258, 801-802, 20165）Akmammedov A, Katsuyama T, and Paro R.: A rapid TALEN assembly protocol. In: Lanzuolo, C. andBodega, B. (ed) Polycomb Group Proteins: Methods and Protocol, Methods Mol. Biol., Humana
Press, 1480:269-281, 2016. doi: 10.1007/978-1-4939-6380-5_236 ） Katsuyama, T., and Paro, R.: Imaginal disc transplantation in Drosophila. In: Lanzuolo. C.
and Bodega. B. (ed) Polycomb Group Proteins: Methods and Protocol, Methods Mol Biol, Humana
Press, 1480:301-310, 2016. doi: 10.1007/978-1-4939-6380-5_26【国際学会講演】1 ） Miura, M.: Tissue damage response through systemic regulation of S-adenosyl-methionine
metabolism. International Symposium on Transcription and Metabolism, 2016.2.17, Tokyo, Japan
2）Yamaguchi, Y., Chayama, Y., Ando, L., Shigenobu, S., Anegawa, D., Fujimoto, T., Tamura, Y.,
and Miura, M.: Evidence for systemic remodeling prior to hibernation in the Syrian hamster(Mesocricetus auratus), 2016.4.22-24, Okazaki, Japan.

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3）Yamaguchi, Y., Chayama, Y., Ando, L., Anegawa, D., Shigenobu, S., Fujimoto, T., Taii, H.,
Tamura, Y., and Miura, M.: Evidence for systemic remodeling prior to hibernation in the
Syrian hamster (Mesocricetus auratus), 15th International Hibernation Symposium, 2016.8.1-5,
Las Vegas, USA.
4) Koto A., Privman E., and Keller L. : Molecular mechanisms of high mortality in social
isolation. 6th Congress European Sections of the IUSSI, 2016.8. 8-11. Helsinki, Finland5) Miura, M.: Systemic damage response through S-adenosyl-methionine metabolism. International
Symposium “Pharmacology of 7TM-receptors and downstream signaling pathways”, 2016.9.21-22,
Bonn, Germany6）Miura, M.: Metabolic control of tissue repair and homeostasis in Drosophila.

International

Symposium ”Cell competition, apoptosis and cancer”, 2016. 10. 25-26, Madrid, Spain【国際学会ポスター発表】
1 ） Anegawa,D., Chayama, Y.,

Ando, L., Shigenobu, S., Miura, M., and Yamaguchi, Y.: Is theResistance to Ischemia-Reperfusion Stress Conferred during Hibernation Period in Syrian
Hamster? The 64th NIBB conference Evolution of seasonal timer, 2016.04.22-24, Aichi, Japan2 ） Yamaguchi, Y., Matsumoto, M., Hamachi, M., Nonomura, K., Shinotsuka, N., and Miura, M.:
Elimination of the boundary cells by apoptosis in the dorsal midline of the midbrain after
the neural tube closure, Gordon Research Conference “Cell Death”, 2016.7.3-8, Girona, Spain.
3 ） Kashio, S., Obata, F., Zhang, L., Katsuyama, T., Chihara, T., and Miura, M.: Systemic
influences of methionine metabolism in fat body for Drosophila imaginal disc repair.

57th

Annual Drosophila Research Conferance, 2016.7.13-17, Orlando, FL, USA4 ） Chayama, Y., Ando, L., Shigenobu, S., Tamura, Y., Miura, M., and Yamaguchi, Y.: Molecularremodeling of inguinal adipose tissue precedes hibernation period in Syrian golden hamster,
15th International Hibernation Symposium, 2016.8.1-5, Las Vegas, USA.
5 ） Anegawa, D., Chayama, Y., Ando, L., Shigenobu, S., Miura, M., and Yamaguchi, Y.:
Investigation of mechanisms for the resistance to ischemia-reperfusion stress duringhibernation period in Syrian hamsters, 15th International Hibernation Symposium, 2016.8.1-5,
Las Vegas, USA.

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6 ） Anzo, M., Sekine, S., Chao, K., Makihara, S., Miura, M., and Chihara, T.: Dendritic Eph
specifies pheromone-sensing circuit by coordinating dendrite segregation in Drosophila. Axon
Guidance, Synapse Formation & Regeneration. September 20-24, 2016. Cold Spring Harbor, USA【国内学会講演】1）三浦正幸：組織傷害に応答する脂肪組織の S アデノシルメチオニン代謝調節と生理機能、第 1 回 生活
習慣病とがんの代謝栄養メカニズム研究会、2016.2.27、東京
2）山口良文、茶山由一、安藤理沙、姉川大輔、重信秀治、田村豊、三浦正幸：冬眠する哺乳類シリアンハ
ムスターが前冬眠期に示す生体状態変化〜基礎体温と体重のセットポイント変化について 第 11 回環境
生理プレコングレス、2016.3.21、札幌
3）三浦正幸：組織形成における細胞死機構、第 121 回日本解剖学会シンポジウム、2016.3.29、郡山
4）Miura, M.: Coordination of cell death and proliferation in tissue quorum control. Symposiumin New biological principles emerged from cell-cell communications. The 68th Annual Meetingof the Japan Society for Cell Biology , 2016.6.17, Kyoto, Japan
5）山口良文：死細胞のライブイメージング観察から視えるもの、第８１回日本インターフェロン学会、
2016.6.23-24、長崎
6）三浦正幸：メチオニン代謝制御による生体恒常性維持機構、東京大学理学部 第 1105 回生物科学セミナ
ー、2016. 7. 1、東京
7）三浦正幸：Sアデノシルメチオニン代謝による生体恒常性維持機構
第30回がん・エピゲノム研究会、2016. 9. 7、仙台8 ） Katsuyama, T., Kashio, S., Zhou, M., and Miura, M.: Determining molecular mechanisms fortissue non-autonomous responses to disc damage in Drosophila melanogaster. 第12回日本ショウジ
ョウバエ研究会、 2016.9. 9-11、東京
9）古藤日子：アリの社会性行動を制御する神経メカニズム：Regulation mechanisms of social behavior
in ants、行動生物学分科会シンポジウム、2016.9.25、東京
10）山口良文：冬眠する哺乳類シリアンハムスターに学ぶ、冬眠可能な生体状態とは？ 第１回オモロイ生
き物研究会、2016.10.22-23、札幌
11）山口良文：死細胞からのシグナル放出のイメージング、 セミナーK4 免疫・感染症シリーズ第６回「ワクチン、アジュバント開発研究の最前線」 2016.11.15、大阪
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12）三浦正幸：発生と組織恒常性における細胞死機能の多様性、第21回 分生研シンポジウム、2016.12.21、
東京
13）山口良文：哺乳類の冬眠〜季節環境に応じた全身性の代謝抑制と体温制御、第1回 Biothermology
Workshop - 生命システムの熱科学 -、2016.12.10-11、岡崎
14）古藤日子、田原拓樹、本山直人、Laurent Keller、三浦正幸：社会性昆虫における行動基盤の解明、第39 回日本分子生物学会年会シンポジウム、2016.12.1、横浜非常勤講師発令、他大学講義・講演等
三浦正幸：非常勤講師
群馬大学医学部、慶應大学医学部

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◆ 細胞情報学教室 ◆
教 授

一條 秀憲

(いちじょう・ひでのり)

昭和 60 年東京医科歯科大学歯学部卒、平成 2 年同大学大学院歯学研究科博士課程修了
前職：東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 教授、歯学博士

講 師

名黒 功

(なぐろ・いさお) 2016 年 12 月より准教授

平成 12 年東京大学薬学部卒、平成 17 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学 大学院薬学系研究科 助教、薬学博士

助 教

関根 史織（せきね・しおり）（2016 年 3 月迄）平成 18 年東京大学薬学部卒、平成 23 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学 大学院薬学系研究科 特任助教、博士（薬学）特任助教服部 一輝（はっとり・かずき）2016 年 4 月より助教

平成 20 年東京大学薬学部卒、平成 25 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬学）

特任助教

本間 謙吾（ほんま・けんご）

平成 20 年東京大学薬学部卒、平成 25 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬学）

特任助教

渡邊 謙吾（わたなべ・けんご）2016 年 4 月より

平成 22 年東京大学薬学部卒、平成 27 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬学）

研究の概要
細胞情報学教室では細胞内シグナル伝達機構の包括的理解を大きなテーマとし、細胞生物学ならびに分子生物学的手法に加えて薬理学的ならびに生理学的アプローチも研究手法として駆使し、｢標的分子と分子機構」を解析する中で、常に「個体と疾患と創薬」を意識しながら新しい薬学の方向性を模索している。
個体を構成する個々の細胞は、様々な細胞環境の変化に常時曝されるとともに、それらに正確かつ迅速に反応することを要求されている。細胞は様々な刺激を細胞内外のセンサーもしくはレセプ
ター（受容体）を介して認識し、瞬時にしてそれらの変化に対する対処方法（例えば細胞増殖や細胞分化）を決めなければならず、そのために細胞の中には分子間相互作用を介した高度な細胞内情
報処理システムが発達していると考えられている。そして最近の研究により、細胞の生死も実は細胞自身が内包するこの分子間の情報伝達システムを介して決定されることが明らかになってきている。紫外線、熱、浸透圧、酸素、重力そして様々な医薬品などの刺激は、限度を越えると細胞の持つシグナル伝達機構を利用して細胞を殺すが、細胞がこのようなストレスにうまく対処できない場
合、様々な疾患の原因となる。事実、癌、免疫疾患、循環器疾患、神経変性疾患など、多様な疾患の原因としてストレス応答の異常が極めて重要な働きをすることが明らかになりつつある。教室の主要な研究課題である「ストレスのシグナル伝達機構ならびに細胞死の分子メカニズム」を解明す
ることは、薬学分野において薬剤の選択、安全性評価という観点からも重要である。
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１．ASK ファミリーキナーゼのシグナル伝達機構
私たちが現在特に注目している研究対象は、世界に先駆けて私たちが見いだした ASK１(Apoptosis Signal-regulating Kinase 1）という細胞死ならびにストレス応答のシグナル制御に関わる分子である。ASK１は MAP キナーゼスーパーファミリーに属するシグナル伝達分子であり、細胞外からの刺激、特に様々なストレス（例えば紫外線、浸透圧、抗癌剤、増殖因子除去等）や細胞障
害性サイトカイン（TNF, Fas−L 等）等によって強く活性化され、その情報をタンパク質リン酸化のカスケードを介して下流（核やその他の細胞内器官）へと伝達する役目を担っていることが明らかになってきた。そして、ASK１シグナル伝達経路が活性化された結果、多くの細胞種において細胞死（アポトーシス）が誘導されることから、ASK１がストレスによる細胞死の重要なメディエーターであることも判明した。さらに最近、ASK１の活性を特異的に制御する分子群を同定することにより、様々なストレスが最終的に ASK１−MAP キナーゼ系の活性化に至る経路の分子メ
カニズムの解明に迫ろうとしている。一方、ASK１活性は、細胞の種類や状態によっては、細胞死のみならず細胞分化や逆に細胞生存に必須のシグナル伝達系として働く場合もあることを突き止め、現在ノックアウト動物の作成・解析を含めて、ASK1、ASK2、ASK3 から構成される ASKファミリー分子群を巡る生と死と分化のシグナル伝達の研究を展開している。
２．細胞死ならびにストレスのシグナル伝達機構
ASK1-MAP キナーゼ系活性化の生物学的意義はストレス反応としてのアポトーシス誘導もしくは分化/生存の誘導であることを明らかにしてきた。特に神経細胞においては、ASK1-MAP キナー
ゼ系の活性化程度依存性に分化/生存もしくはアポトーシスが誘導されることを突き止め、さらにその分子機構としてカスパーゼの活性化ならびに転写因子制御の可能性を示した。さらに最近、
ASK1 ノックアウトマウスの解析等から ASK1 が様々な神経変性疾患の原因として注目されている
小胞体ストレスによるアポトーシスに必須の分子であることを明らかにした。また、カルシウム負荷や自然免疫機構における細胞応答反応に ASK1 が必須であることを明らかにした。また近年、
私たちが同定した ASK3 は、浸透圧ストレスに対して両方向性にユニークな応答を示すことが明らかになり、 ASK3 活性制御機構の解明は、未だ哺乳類細胞で実体が明らかとなっていない「浸透圧センサー」の発見につながるものと期待されている。また、私たちは ASK ファミリーとその制御因子の解析を通じて、小胞体ストレスの新たな誘導・応答機構の発見に成功するとともに、遺伝性 ALS の原因遺伝子としても知られる変異型 SOD1 の解析から、野生型 SOD1 が亜鉛欠乏を小胞体ストレスに変換して細胞内亜鉛のホメオスタシスを制御している「亜鉛濃度センサー」として機能していることを解明している。さらには、ミトコンドリア内膜局在プロテインホスファターゼとして世界に先駆けて同定した PGAM5 が、ミトコンドリア膜電位の低下に伴って切断されることを見いだし、PGAM5 の膜内切断機構の解析が、ミトコンドリア膜電位低下を伴う「ミトコンドリ
アストレスセンサー」の実体とそこから発信される新たなストレスシグナル伝達機構の解明につながる可能性を提示している。

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教育の概要細胞情報学教室が担当した講義は、学部では医薬品安全性学（薬物依存、薬の開発と安全性、催
奇形性、非臨床試験による安全性評価、リスクアセスメント、臓器毒性各論、薬物アレルギー）、
がん細胞生物学および機能形態学の一部である。学部における教育方針は、くすりというものをトータルに理解してもらうことを主眼にしている。すなわち、くすりが生体に与える効果を理解する
ための基礎としての生理学、末梢組織における各種薬物の薬理作用の解説ばかりでなく、薬の安全使用や創薬といった医療的・社会的側面というように、関連領域をカバーするようつとめ、くすりが生まれてから広く使用されるまでを俯瞰的に捉えられるように心がけている。
大学院の授業は、最先端の生命科学のトピックを解説している。具体的には、細胞内情報伝達に関して、教室員に外部講師も含めて講義を行っている。
教室配属の学生・大学院生の教育は、世界で最先端の研究に参画させることが第一であると考えている。最近の傾向では、研究対象がどうしても分子・細胞レベルに集中しがちである。しかしながら、くすりの最終目標が個体としてのヒトの健康に貢献するものである以上、分子レベルの研究を行っていても個体レベルまでインテグレートする能力を身につけることも薬学部における分子生物学としての使命である。そこで当教室では入室直後には分子生物学、細胞生物学の基本手技を一通り経験させながらも、可能な限りノックアウト動物等を用いた in vivo の動物実験を義務づけ、出来るだけ個体・器官レベルでの解析になじませるようにしている。
国際的に通用する優秀な研究者を育成するためには、早いうちから学生を国際的な研究発表・討論の場になじませるような教育法が必要と考えられる。従って当教室では、大学院生に少なくとも年１回の英語によるプログレスミーティング発表を課すと共に、イエテボリや欧米各国の主要大学からの留学生を積極的に受け入れると共に、オクスフォードへのサマーインターンをはじめ、なるべく海外経験を積ませるよう送り出しに配慮している。

自己点検･評価
細胞情報学教室は、教授の一條が 2002 年９月から本務として着任し、「ストレス応答シグナルの包括的理解」という大きな目標に向けて新たな研究体制作りを行ってきた。グループ毎の主要な研究テーマに関しては独自性を有する一方で、研究手法やアイディアに関するグループ間の共有や共通理解は年々深化しており、多様な集団のもつ特有の長所が研究の進展に寄与してきたことが感じられる。業績面では、一流国際誌に順調に論文が掲載され、教室全体としての方向性は多様性の中にも、ストレスシグナル研究として一貫している。一條は国内外の教育研究施設で数多くのセミナ
ー・講演・講義を行うとともに、多くの一流国際誌の査読ならびに編集に携わった。教育面では、「医薬品安全性学」（ストレス応答）、「がん細胞生物学」、「機能形態学」（骨・軟骨）の一部ならびに『基礎薬科学特論 III』を担当した。
名黒講師は、研究面においては引き続き浸透圧ストレス応答における ASK3 を介するシグナル伝達の解析を主軸に行った。本年は特に浸透圧依存的に形成される ASK3 顆粒の研究を進展させた。また、昨年構築したシングルセル解析の方法論などを用いて酸化ストレス応答における
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MAPK の研究について新たな知見を得た。この他にも、新学術領域｢細胞競合｣に関する研究や、がん転移における ASK ファミリー分子の役割に関する研究も行い研究を進展させた。業績については国際誌に総説、論文を複数発表すると共に、国内外の学会において多数研究発表を行った。また、「両方向性の浸透圧ストレスを統御する ASK3 の研究」というテーマで、第 89 回日本生化学会奨励賞を受賞した。第 39 回分子生物学会年会においては、組織委員会の庶務幹事として開催に携わった。部局の組織運営において、引き続き RI 施設の放射線取扱主任者として管理に携わるとともに、薬学教育評価機構第三者評価ワーキンググループに参加するなど運営に携わった。教育面
では、学部生に対する『機能形態学』の講義で｢心臓の構造と機能｣の項を、『医薬品安全性学』の講義で「ストレス応答（II）」を担当した。大学院生に対する『基礎薬科学特論 III』の講義で「個々の細胞と細胞集団を対象とした解析の方法と解釈」を担当した。薬学実習 V において、「大腸菌を用いたリコンビナントタンパク質の精製」を担当し実施した。
関根助教は、研究面において、酸化ストレス誘導性細胞死に関与する KLHDC10 の遺伝子欠損
マウスの表現型解析を進めた結果、KLHDC10 遺伝子欠損マウスが TNFα 投与による全身性炎症誘発モデルにおいて耐性を示すことを見出し、この結果を論文発表した（Yamaguchi et al., PLoS
One., 2016）。
服部特任助教は、研究面においては、ASK1 の脂肪組織における機能解析を精力的に進め、論文発表を行うと共に、海外および国内の複数の学術集会において発表を行った。これまでと同様、細胞系を用いた詳細な分子メカニズム解析から、マウス個体レベルでの解析まで、幅広い視点での検討を行った。さらに、これまで得た知見を元に、ASK ファミリー欠損マウスを用いた新たな表現
型解析を共同研究にて進めている。最近は細胞死に関する解析も進めており、現在論文投稿中である。教育面においては、学部３年生に対する薬学実習「ストレス応答の分子機構」の一部を担当すると共に、大学院講義「分子生物学特論」の一部を担当した。さらには、薬学実務実習委員として、「事前学習（薬学実務実習２）」の一部を担当した。
本間特任助教は、研究面においては、神経変性疾患である筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態分子機構の解析を行い、本研究成果について第 39 回日本分子生物学会年会にてシンポジウム発表を行うなど、様々な学会で研究内容を発表した。また、ALS 病態改善効果の確認できた新規化合物についての特許申請を行なった。教育面においては、学部３年生に対する薬学実習Ⅴのうち「大腸菌を用いたリコンビナントタンパク質の精製」の一部を実施した。
渡邊特任助教は、研究面においては、両方向性に応答する ASK3 が実際に両方向の浸透圧スト
レス時の細胞体積制御において意義があることを、複数の実験系を積極的に導入・検証することで証明した。また、ゲノムワイド siRNA スクリーニングの結果を基に、低浸透圧・高浸透圧ストレス両方の ASK3 活性制御機構の解明に取り組み、国内の学会にて成果を発表した。その内の一つのアプローチでは、本学研究者と共同研究ベースで推進した。教育面においては、学部３年生に対する薬学実習「ストレス応答の分子機構」を担当した。

学 術 論 文1.

Sakauchi, C., Wakatsuki, H., Ichijo, H. and Hattori, K. Pleiotropic properties of ASK1.
Biochem. Biophys. Acta, (review article), 1861, 3030-3038 (2017).
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2.

Yamaguchi, N., Sekine, S., Naguro, I., Sekine, Y. and Ichijo, H. KLHDC10 deficiency protects miceagainst TNFα-induced systemic inflammation.
PLOS one, 11:e0163118 (2016).

3.

Koizumi, S., Irie, T., Hirayama, S., Sakurai, Y., Yashiroda, H., Naguro, I., Ichijo, H., Hamazaki, J. and
Murata, S. The aspartyl protease DDI2 activates Nrf1 to compensate for proteasome dysfunction.
eLIFE, 5, pii: e18357 (2016).

4.

Zhou, X., Naguro, I., Ichijo, H., Watanabe, K. Mitogen-activated protein kinases as key players in
osmotic stress signaling.
Biochem. Biophys. Acta, (review article), 1860, 2037-2052 (2016).

5.

Tsubota, A., Ichijo, H., Homma, K. Mislocalization, aggregation formation and defect in proteolysis in
ALS
AIMS Molecular Science, (review article), 3, 246-268 (2016).

6.

Hattori, K., Naguro, I., Okabe, K., Funatsu, T., Furutani, S., Takeda, K. and Ichijo, H. ASK1 signaling
regulates brown and beige adipocyte function.
Nat. Commun., 7:11158 (2016).

7.

Sekine, S., Yao, A., Hattori, K., Sugawara, S., Naguro, I., Koike, M., Uchiyama, Y., Takeda, K. and Ichijo,
H. The ablation of mitochondrial protein phosphatase Pgam5 confers resistance against metabolic stress.
EBioMedicine, 5,82-92 (2016).

8.

Maruyama, J., Kobayashi, Y., Umeda, T., Vandewalle, A., Takeda, K., Ichijo, H. and Naguro, I. Osmotic
stress induces the phosphorylation of WNK4 Ser575 via the p38MAPK-MK pathway.
Sci. Rep., 60, 95-104 (2016).

9.

Hayashi, Y., Homma, K. and Ichijo, H. SOD1 in neurotoxicity and its controversial roles in SOD1
mutation-negative ALS.
Adv. Biol. Regul., (review article), 60, 95-104 (2016).

10. Fujisawa, T., Takahashi, M., Tsukamoto, Y., Yamaguchi, N., Nakoji, M., Endo, M., Kodaira, H., Hayashi,Y., Nishitoh, H., Naguro, I., Homma, K. and Ichijo, H. The ASK1-specific inhibitors K811 and K812
prolong survival in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis.
Hum. Mol. Genet., 25, 245-253 (2016).

総 説・著 書1.

本間謙吾、一條秀憲：亜鉛欠乏と小胞体ストレス, 日本臨床, 74(7), 1228-1233, 2016.

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他大学の非常勤講師
一條秀憲は、以下の大学の非常勤講師を務めた。
・ 秋田大学・ 山形大学・ 東北大学・ 東京医科歯科大学
・ 愛媛大学

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◆蛋白質代謝学教室◆
教授

村田 茂穂（むらたしげお）

平成 6 年東京大学医学部卒、平成 12 年同大学院医学系研究科博士課程修了
前職：東京都臨床医学総合研究所 主席研究員、博士（医学）准教授

八代田 英樹（やしろだひでき）

平成 5 年東京大学理学部卒、平成 10 年同大学院理学系研究科博士課程修了
前職：東京都臨床医学総合研究所 主任研究員、博士（理学）助教

濱崎 純（はまざきじゅん）

平成 20 年首都大学東京理学系研究科博士課程修了
前職：日本学術振興会特別研究員、博士（理学）助教平山 尚志郎（ひらやま

しょうしろう）

平成 22 年京都大学大学院理学系研究科博士課程修了
前職：日本学術振興会特別研究員、博士（理学）

研究の概要
細胞内でタンパク質は絶えず合成と分解を繰り返しており、その動態は時空間的に厳密に制御されている。20 世紀の生命科学は DNA から RNA、そしてタンパク質に至るセントラルドグマが中心課題であり、ヒトゲノム解読はその象徴であった。次に残された課題は生命システムの最も重要な担い手であるタンパク質の動態制御を理解することである。タンパク質の動態研究の中心の一つが、細胞内におけるタンパク質の分解システムの解明である。細胞内タンパク質分解系を構成する遺伝子はヒトゲノム総遺伝子の 10%を占めることが知られており、その重要性とともに複雑性を窺い知ることが出来る。しかし、ゲノム情報からはタンパク質の寿命がどのように制御されているのかを知ることは出来ない。
蛋白質代謝学教室では主要な細胞内タンパク質分解系であるユビキチン・プロテアソームシス
テム（UPS）による生体制御機構をテーマとし、UPS がタンパク質の寿命を制御する機構の理解と、その破綻に起因する様々なヒトの疾患の病態解明及び創薬標的の探索を目指して研究を推進している。プロテアソームは酵母からヒトに至る全ての真核生物に高度に保存された複合体型タ
ンパク質分解酵素であり、ユビキチン化されたタンパク質の分解に必須の酵素である。細胞内でタンパク質分解を実行するプロテアソームは 26S プロテアソームと呼ばれる構造体であり、プロ
テアーゼ活性を有する 20S core particle (CP)の両端に 19S 調節因子が会合したものである。20S CP
は 14 種類、計 28 個のサブユニット(α1-7, β1-7 が 2 セット)により構成され、19S 調節因子は６個の ATPase 活性を有するサブユニット(Rpt1-6)よりなる ATPase リングに 13 個の non-ATPase サ
ブユニット(Rpn1-3, 5-13, 15)が会合した複合体であり、構造上 base(基底部; Rpt1-6, Rpn1, 2, 13)と lid(蓋部; Rpn3, 5-9, 11, 12, 15)に区分される（図１）。

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また、脊椎動物には全ての真核生物において保存され て い る 構 成 型 20S core
particle (CP)に加えて免疫プ
ロテアソームとさらに胸腺にのみ発現が見られる胸腺
プロテアソームが存在している。構成型プロテアソー
ムと免疫プロテアソーム、

図 1：プロテアソームの構成と構造

胸腺プロテアソームとの違いは触媒サブユニットにあり構成型プロテアソームがもつβ1、β2、β5 サブユニットが免疫プロテ
アソームではβ1i、β2i、β5i に、胸腺プロテアソームではさらにβ5i がβ5t に置き換わってβ1i、β2i、β5t となっている（図１）。
当研究室では酵母、ショウジョウバエ、線虫、培養細胞、マウスを実験材料とし、細胞生物学、分子生物学、生化学、発生工学的手法を駆使して解析を行っているが、最終的には哺乳類個体レ
ベルでの理解を目指している。2016 年の主な研究概要は以下の通りである。
1. DDI2 は転写因子 Nrf1 を切断により活性化し、プロテアソーム遺伝子の転写を亢進する。
26S プロテアソームを構成する全 33 種のサブユニットの遺伝子発現は転写因子 Nrf1 により制御されている。Nrf1 は小胞体膜上に存在する膜タンパク質であり、転写因子として機能するためには、部分切断による小胞体膜からの遊離および核への移行が必要であることが報告されている。しかし、その詳細な分子機構は長らく不明であった。
そこで当研究室では、Nrf1 の細胞内局在を指標としたヒト全ゲノム機能欠損スクリーニングを実施し、Nrf1 の核移行を制御する遺伝子の網羅的探索を試みた。その結果、
DDI2 を Nrf1 の核移行に必要な因子として新
規同定した

（図２）
。

DDI2 はアスパラギン酸プロテアーゼであることがアミノ酸配列から予測されたため、DDI2 は Nrf1 の切断酵素である可能性を考え、解析を進めた。DDI2 を欠損した細胞においては、核局在を示す切断型 Nrf1 が減少し、小胞体局在を示す全長型 Nrf1 が蓄積していた。また本表現型は、野生型 DDI2 により回復したものの、プロテアーゼ機能欠損変異
体では回復しないことを見出し、DDI2 のプ 図 2：DDI2 による転写因子 Nrf1 の活性化
ロテアーゼ活性が Nrf1 切断に必要であるこ
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とを示した。さらに、Nrf1 の転写活性についても同様に DDI2 のプロテアーゼ活性に依存することを明らかにし、DDI2 は Nrf1 の活性化を介し、プロテアソーム遺伝子の転写を亢進する因子であることを示した。
2. プロテアソーム相互作用因子 PI31 の生体における機能解析
26S プロテアソームには、様々なタンパク質が一時的に、もしくはストレス時など特殊な環境依存的に結合することがわかっている。これらのタンパク質は Proteasome interacting proteins (PIPs)と呼ばれ、PIPsはプロテアソームが正常に機能するために非常に重要な役割を持つ。
PI31 (Proteasome inhibitor
31 kDa)は in vitro で 20S CP の活性を阻害するタンパク質として単離され、真核生物においてプロテア
ソーム同様に保存されたタンパク質であるが、生体内での機能は不明であった。PI31 機能がモデル生物間で異なる可能性も示唆されているため、今回マウス・ショウジョウバエを用いて PI31 の生理的機能解析を行った。
PI31 ノックアウトマウスは胎生致死となったことから、PI31 が発生過程で重要な機能を持つことが明らかとなった。またマウス肝臓特異的に PI31 を欠損させた場合では、若齢個体では顕著な表現型が認められないものの、老齢個体ではプロテアソーム活性低下やユビキチン化蛋白質の異常な蓄積、及び腫瘍の形成が認められた。
一方 PI31 をショウジョウバエ全身でノックダウンした場合には蛹期致死となり、複眼特異的にノックダウンした場合には加齢依存的に複眼の色素脱落を生じた。これらの結果から、PI31 はプロテアソーム
活性を正に制御することで発生過程や組織恒常性維持において重要な機能を持つことが示唆された。
3. 出芽酵母の脱ユビキチン化酵素 Otu2 とリボソームとの関連
リボソームにおける品質管理・制御にユビキチンシステムが様々な局面で必要とされている
ことが明らかにされつつある。出芽酵母の脱ユビキチン化酵素 Otu2 は網羅的な解析からリボ
ソーム結合タンパク質として同定されており、またリボソーム生合成に関わる因子と遺伝学的相互作用を持つことも示唆されている。しかし、これらの Otu2 とリボソームの物理的または遺伝学的な関連が生物学的にどのような意味を持つのか全く不明である。そこで、Otu2 の機
能解析を通じてユビキチンシステムによる新たなリボソーム制御機構の解明を目的に実験を行なった。
Otu2 結合タンパク質の質量分析の結果、多数のリボソームタンパク質以外にいくつかのリ
ボソーム結合タンパク質が検出され、それらのタンパク質と Otu2 との結合を個別に共免疫沈降実験を行い確認した。次に、Otu2 がどの状態のリボソーム（ 40S、60S、80S、ポリソーム）と相互作用している可能性があるのか密度勾配遠心法を用いて調べたところ、Otu2 が含まれる複合体の沈降係数は増殖相の違いで変化したことから、Otu2 は増殖相の違いで異なる複合体と結合していると予想している。
また、Otu2 欠損は脱ユビキチン化酵素 Ubp3 との二重欠損で合成増殖遅延を引き起こすが、Ubp3 破壊株において、Otu2 の脱ユビキチン化活性中心として保存されている Cys を Ser に置換した変異型 Otu2 を過剰発現させても増殖遅延が観察された。このことは Otu2 の脱ユビキチ
ン化活性が重要な働きを持つことを示す。さらにこの株において、特定のユビキチン化タンパ
ク質の蓄積が観察された。これらのことから、Otu2 と Ubp3 が共通の基質タンパク質をもち、
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この基質タンパク質に対する脱ユビキチン化機能不全が増殖遅延の原因となる可能性が考えられた。
4. ヒト全ゲノムスクリーニングによるプロテアソーム機能制御因子の同定
プロテアソーム機能の変調は悪性腫瘍や神経変性疾患など様々なヒト疾患に関連しており、その制御機構の解明は重要である。本研究では哺乳類においてプロテアソーム機能制御に関与する遺伝子を網羅的に探索するため、ヒト全ゲノム siRNA ライブラリーを用いたハイコンテン
トスクリーニングを実施した。スクリーニングを実施するにあたり、生細胞内のプロテソーム
機能低下を検出するため、ユビキチン非依存的にプロテアソームによって分解される蛍光モデ
ル基質 ZsGreen-mODC (mouse ornithine decarboxylase)を安定発現する U2OS 細胞及び HEK293A
細胞を樹立した。ZsGreen-mODC の蛍光強度変化を指標としてゲノムワイドな siRNA スクリー
ニングを実施したところ、ヒト全遺伝子(約 18000 遺伝子)中 1292 遺伝子のノックダウンによりプロテアソーム活性低下が確認された。
これらのヒット遺伝子は、異なる 4 本の配列の siRNAを用いた 2nd スクリーニングにより 132 遺伝子に絞り込また。さらにオフターゲット効果を抑制する化学修飾を施した siRNA を用いて実施した 3rd スクリーニングにより、最終的に 15 遺伝子が新規のプロテアソーム機能制御因子として同定された。現在これらの因子がプロテアソーム機能を制御する分子メカニズムを生化学的手法により解析している。
5. HECT 型ユビキチンリガーゼ Hul5 は変異型 SOD1 の核外排出に関与する。
構造異常タンパク質の分解や凝集体の形成は細胞内局在レベルで制御されている。我々は最近、構造異常タンパク質が核から細胞質に運び出されているという、全く新規な局在制御機構の存在を見いだし、この機構が出芽酵母およびヒト培養細胞において保存されていることを明らかにした。
出芽酵母においては、ほぼ全ての非必須遺伝子に対する破壊株のライブラリーが利用可能である。構造異常タンパク質の核外排出のメカニズムを解明するため、このライブラリーを用いて、構造異常タンパク質の核外排出に必要な遺伝子を探索した。モデルタンパク質として、家族性筋萎縮性側索硬化症の原因となり、構造異常を起こすことが知られている変異型 SOD1 タ
ンパク質を使用した。本来のフォールディング状態を取る野生型 SOD1 は細胞内に一様に存在したが、変異型 SOD1(G85R/G93A)は核外排出をうけ、細胞質に偏在した。GFP タグを付加した
変異型 SOD1 を非必須遺伝子破壊ライブラリー株に導入し、その細胞内局在を蛍光顕微鏡で観察することにより、変異型 SOD1 の核外排出に異常を示す酵母株を取得した。その結果、核に局在する HECT 型 E3 ユビキチンリガーゼである Hul5 が核外排出因子として同定された。
Hul5 欠損株では、変異型 SOD1 の核への強い蓄積が観察された。また、Hul5 欠損株に対してE3 活性喪失変異を導入した Hul5 を発現させても変異型 SOD1 の核への蓄積は解消されなかった事から、Hul5 の E3 活性が核外排出に必要であることがわかった。さらに、変異型 SOD1 のユビキチン化を野生型株と Hul5 欠損株で比較したところ、変異型 SOD1 のユビキチン化は Hul5
欠損株において野生型株よりも減弱していた。このことから、Hul5 は変異型 SOD1 をユビキチン化すると考えられた。以上の結果から、Hul5 によるユビキチン化が変異型 SOD1 の核外排出に重要であることが示唆された。
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6. ユビキチン依存性タンパク質の分解制御機構は核と細胞質で異なる。
従来、ユビキチンシステムおよびプロテアソームが核と細胞質の両者に存在することから、
UPS によるタンパク質分解は核と細胞質において同様の分子機構で起こると漠然と考えられてきた。そこで、我々はヒト培養細胞を用いたゲノムワイド siRNA スクリーニングを実施することで核と細胞質におけるユビキチン化タンパク質の分解制御メカニズムの解明を目指した。
まず、UPS 基質として知られるユビキチン融合蛍光タンパク質に核移行シグナル配列(NLS)
および核外移行シグナル配列(NES)を付加した Ub-(G76V)-iRFP-NLS および Ub-(G76V)-GFP-NES
をレポーターとして同時に安定発現するモデル細胞を樹立した。この細胞を用いて、highcontent siRNA スクリーニングにより核および細胞質特異的にユビキチン依存性タンパク質の分解を制御する因子の探索を行った。約 18,000 遺伝子を標的としたゲノムワイドな一次スクリーニングを行い、一次スクリーニングの候補約 1,600 遺伝子に対する二次スクリーニングおよびスクリーニングで得られた候補遺伝子についての個別解析を実施中である。
7. 転写因子 Foxn1 は胸腺皮質特異的サブユニット β5t の転写を担っている。
T 細胞は自己と非自己を識別し、非自己のみを攻撃することで獲得免疫系の要となる。胸腺において非自己を認識することのできる有用な T 細胞のみを生存させる「正の選択」と、自己を攻撃する有害な T 細胞を排除する「負の選択」という“教育”を経て、健常な細胞（自己）は攻撃しない一方で、あらゆる病原体（非自己）に対応できる T 細胞の集団がつくられる。当研究室は正の選択に胸腺プロテアソームと名付けた胸腺にのみ存在する特殊な触媒活性を有す
るプロテアソームが必要であることを示してきた。胸腺プロテアソーム特異的に組み込まれる
触媒サブユニット、β5t は胸腺の中でも正の選択に関わる胸腺皮質特異的に発現し、胸腺髄質にはほとんど発現しないことは知られていたが、その具体的な転写制御機構は不明であった。
マウス胎児胸腺をトリプシン処理し二次元培養すると β5t は 24 時間以内に急速に消失する
一方で、再凝集器官培養によって胸腺構造を維持すると β5t 発現が維持されることが分かった。β5t の転写因子を同定するため、当研究室では二次元培養または再凝集器官培養したマ
ウス胎児胸腺を網羅的マイクロアレイ解析により比較し、β5t の転写因子を絞り込んだ。続
く β5t プロモーター領域を用いたルシフェラーゼレポーター解析により β5t の転写因子として Foxn1 を同定した。Foxn1 による β5t の転写機構を詳しく調べたところ、β5t プロモーター領域に Foxn1 結合配列が複数箇所見つかり、それらを欠損すると Foxn1 による転写活性が著しく減少することがルシフェラーゼレポーター解析により明らかになった。しかしながら、
Foxn1 は胸腺皮質のみならず胸腺髄質にも少なからず発現しているため、β5t が胸腺皮質特異的に発現する機構の解明にはさらなる研究が必要である。
8. 細胞骨格構成因子アクチンとモータータンパク質ミオシンは 26S プロテアソーム形成に関与する
我々は、出芽酵母を用いた遺伝学的解析を通して、細胞骨格形成因子であるアクチンの変異がプロテアソーム形成に異常をもたらすことを見出した。アクチン変異株では野生型株に比べ、RP を結合していない CP 量と、CP の片側にのみ RP を結合している RP1CP の量が上昇している
ことが観測された。アクチン変異株の RP の状態をグリセロール密度勾配遠心法で調べたとこ
ろ、RP は正常な 19S の大きさに分画され、見かけ上明らかな RP の形成異常は観察されなかっ
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た。更に、アクチン骨格上を移動するモータータンパク質であるミオシン V のホモログをコードする MYO2 遺伝子の変異株においても同様の表現型が見られたため、26S プロテアソームの形成にはミオシンによるアクチン骨格上の物質輸送が重要であることが予想された。次に、ア
クチン、ミオシン変異株における 26S プロテアソームのサブユニット構成を比較したところ、変異株では野生型株と一部異なる組成を持つことが判明した。現在、アクチン、ミオシン変異
株と野生型株とのプロテアソーム構成要素の相違を同定すると共に、アクチンとミオシンを介した 26S プロテアソームの分子集合機構について検証中である。

教育の概要
蛋白質代謝学教室では、薬学部の講義として 4 学期に行われる「分子生物学」を担当した。また 2009 年より新たに開講された「疾患代謝学」（6 学期）を衛生化学教室と担当した。大学院講義
では、生命科学研究を行っている学生に対してタンパク質分解についての理解を深めるべく、基礎から最先端に及ぶ内容の講義を行った。
教室配属の学生・大学院生に対しては、既存の研究の隙間を埋める研究ではなく、新しい分野を築くような独創性の高い研究を指向するよう配慮した研究テーマを設け、既存の概念にとらわれすぎないよう自由な発想を評価する教育・指導を心掛けている。教室員全員が参加する週一回の仕事セミナー、もしくは論文セミナーを通じて、研究の進め方、研究に対する考え方、プレゼ
ンテーションなどの指導をスタッフ全員で行うとともに、教授と一対一で研究の進捗状況を議論する機会を毎週設けている。

自己点検･評価
当教室は 2007 年 12 月にスタートした研究室である。設備面では 2008 年に教室の大規模な改修工事を行い、必要な実験設備・試薬をほぼ揃え、2009 年に大型機器として DNA シークエンサー、
質量分析装置、共焦点顕微鏡を導入した。その後もハイコンテントスクリーニング用の機器やフローサイトメーターなどを導入し、さらに様々な研究テーマに対応できるよう実験設備を整備中である。
研究室に属している学生は２０名を超え、学生の人数が増えたことにあわせて研究テーマも広げている。プロテアソーム遺伝子の発現調節やストレス応答との関係、質量分析装置を用いた網羅的なタンパク質の同定などに関する研究が進行中である。また、2012 年８月から新たに細胞生物学的手法及び顕微鏡の扱いに長けた平山尚志郎博士が助教として赴任したことで研究テーマが広がった。
教育面においては、疾患代謝学を衛生化学教室と担当し、タンパク質とアミノ酸代謝に関する授業を引き続き行っている。

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学

1.

術

論

文

Kincaid EZ, Murata S, Tanaka K, Rock KL. Specialized proteasome subunits have an essential role in the thymic
selection of CD8(+) T cells. Nat Immunol. 2016 Aug;17(8):938-45. doi: 10.1038/ni.3480. Epub 2016 Jun 13.

2.

Koizumi S, Irie T, Hirayama S, Sakurai Y, Yashiroda H, Naguro I, Ichijo H, Hamazaki J, Murata S. The aspartyl
protease DDI2 activates Nrf1 to compensate for proteasome dysfunction. Elife. 2016 Aug 16;5. pii: e18357. doi:
10.7554/eLife.18357.

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◆ 細胞生物化学教室（医科学研究所・分子発癌分野）◆
教 授

井上 純一郎（いのうえじゅんいちろう）昭和54年東京大学薬学部卒、昭和59年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：慶應義塾大学大学院理工学研究科教授、薬学博士

研究の概要
地球上の多くの"生き物"は"特定の機能を持つ細胞群"が相互に連絡を取り合いながら集まっている状態と考えることができる。細胞が"特定の機能を持つ細胞群"として働くために、細胞は増殖し、分化する。またある時には、もはや必要のなくなった細胞は、積極的に細胞死を起こす。このような細胞の増殖、分化、死などはどのように制御されているだろうか？ 多くの場合、細胞外からのいろいろな情報（シグナル）は、リガンドがリセプターに結合することにより細胞に伝達される。次にシグナルは、リセプターから細胞内部でシグナル伝達に関わる様々なタンパク質を介して伝達され、最終的には増殖、分化、死などに関与するタンパク質を量的あるいは質的に変えることで細胞に変化をもたらす。もしシグナル伝達や遺伝子発現に関わるタンパク質に異常が起きると、シグナ
ルに対する細胞の応答は正しく行われず、癌や免疫疾患などを発症すると考えられている。逆に言えば、治療薬や治療法を考案する際にシグナル伝達や遺伝子発現制御に関する詳細な知識が必須ということになる。当研究室では、多くのシグナル伝達経路のなかで、転写因子 NF-κB の活性化を誘導するシグナル伝達の制御機構とその破綻が誘導する疾患発症について研究している。
１）翻訳後修飾による NF-κB シグナルのコントロール
NF-κB は、通常その抑制因子 IκB と複合体を形成することにより細胞質に係留され不活化されているが、サイトカイン等細胞外シグナルにより IκB のリン酸化とそれに続く Lys48 型ポリユビキチ
ン化により IκB がプロテアソーム依存的に分解されることにより、NF-κB が核移行し活性化され標的遺伝子の発現が誘導される。この時 IκB をリン酸化する IκB kinase 複合体(IKKα, IKKβ, NEMO で構成される)の活性化には、タンパク質の Lys63 型ポリユビキチン化を介したシグナル複合体形成が必要であると考えられている。Lys63 型ポリユビキチン鎖はタンパク質の分解を誘導せず、このユビキチン鎖に結合するタンパク質群を介してシグナル複合体形成の足場となると考えられている。
さらに、最近、NEMO の直鎖状ポリユビキチン化が NF-κB 活性化に関与することを報告された。
即ち、NF-κB 活性化シグナルは、リン酸化と脱リン酸化ばかりでなく３つの異なるユビキチン化反応によって制御されており、シグナル伝達の翻訳後修飾による制御という観点からも、注目を集めている。当研究室では、この Lys63 型ユビキチン化を細胞外シグナル依存的に触媒する E3 ユビキ
チン連結酵素である TRAF6 を発見した。また、TRAF6 ノックアウトマウスの解析から、TRAF6 による NF-κB 活性化の異常がリウマチや骨粗鬆症に関与する骨代謝異常、自然免疫異常、自己免疫疾
患、汗腺や毛包の発生異常を伴う無汗性外胚葉形成不全症を発症させることを示した。また、ヒトやマウスの癌の発症にも TRAF6 が関与することが報告されている。従来 TRAF6 は、TRAF6 自身、
IRAK1 及び NEMO を Lys63 型ポリユビキチン化することで NF-κB 活性化シグナルを伝達すると考えられてきた。しかし、当研究室では、TAK1 の 209 番目の Lys に共有結合した Lys63 型ポリユビ
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キチン鎖が、TRAF6/MEKK3/TAK1 シグナル複合体形成および NF-κB 活性化に必須であることを報告した。しかし、Lys63 型ポリユビキチン鎖を介したシグナル複合体形成の制御機構については報
告間で矛盾点も多く、依然として解明すべき問題点が残されている。
２）NF-κB の無制御な活性化と発癌および癌の悪性化、癌幹細胞
ヒト T 細胞白血病ウイルス I 型(HTLV-I)の Tax タンパク質による NF-κB 活性化が成人 T 細胞白血病(ATL) 発症に重要な役割を果たすことが報告されている。当研究室では Tax が種々のタンパク質の Lys63 型ポリユビキチン化を誘導することを見出しているが NF-κB 活性化との関係は明らかでな
く Tax による NF-κB 活性化の分子機構解明には今後の詳細な解析が必要である。一方、当研究室では正常細胞において通常 NF-κB 活性化は、負の制御因子のフィードバックにより一過性であるのに対して、乳癌膵癌等の固形腫瘍においてその 20〜40%で NF-κB が恒常的に活性化しており、その結果発現誘導された遺伝子群が癌の悪性化に関与していることを示した。
さらに、NF-κB の活性化が、悪性乳癌（トリプルネガティブ型）のがん幹細胞の維持に関与することを明らかにした。しかしな
がら、NF-κB の恒常的活性化及び NF-κB によるがん悪性化やがん幹細胞誘導の分子機構の解明は不十分であり、ユビキチン化の制御異常が関与する可能性が高いことから、今後も研究を継続する予定である。
３）NF-κB の活性化と骨代謝制御
正常な骨形成は、骨を生成する骨芽細胞と骨を分解する破骨細胞との適度なバランスによって成立する。このバランスが崩れることによる疾患（骨粗鬆症、関節リウマチ、癌骨転移等）がヒトにおいても頻繁にみられる。21 世紀半ばにはわが国の 65 歳以上高齢者は全人口の 3 分の 1 にも達する。老化を基盤とする種々の疾患の増加は確実であり、なかでも骨粗鬆症、関節リウマチ等の運動器疾患は高齢者の quality of life（QOL）を低下させ、寝たきりを招く主因である。骨粗鬆症は骨強度の低下、骨折を臨床的特徴とし、破骨細胞の増大或は機能亢進により骨形成より骨吸収のバランスが大きくなることが原因である。また関節リウマチにおける関節破壊、あるいは癌の骨転移による骨破壊も、破骨細胞が原因である。現在、治療薬として骨吸収抑制剤 bisphosphonate が多く用いられるが、bisphosphonate は骨組織に蓄積して効果を発揮する薬剤であり、代謝が極めて緩やかであることから、治療期間が長期にわたる骨粗鬆症や関節リウマチでは有効性、安全性に問題がある。
従って、骨蓄積性の無い生理的な骨吸収抑制剤の開発が必須と考えられる。このように骨代謝疾患の新薬が待望される中で、当研究室では TRAF6 遺伝子欠損マウスが破骨細胞形成不全により骨大理石病となることを見出し、さらに破骨細胞分化因子(RANKL)の受容体 RANK からの TRAF6 によるシグナル伝達が、破骨細胞の分化と活性化の両方に必須であることを明らかにした。また、
RANK-TRAF6 シグナルにおける破骨細胞形成特異的なシグナルの誘導機構の存在を示すともに、その誘導機構を詳細に解析し RANK 受容体の特定領域が TRAF6 と協調して破骨細胞形成特異的シグナルを誘導することを示した。この領域が異なる動物種の RANK で高度に保存されていることから
HCR(Highly conserved domain in RANK)と名付けた。さらに、HCR に依存して RANK に結合して破骨細胞形成特異的シグナルを伝達する因子として Gab2 と PLCγ2 を同定し、TRAF6 が Gab2, PLCγ2と複合体を形成して破骨細胞形成シグナルを伝達するモデルを提唱した。今後は HCR の作用機序を詳細に明らかにするとともに、破骨細胞形成に関与する新たな分子の同定を進める。一方、高齢
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者時代の間近な到来を考えると、骨代謝疾患治療薬の開発は急務であることから、RANK シグナル経路を標的として破骨細胞形成を抑制する化合物を探索している。
４）NF-κB の活性化制御と自己免疫免疫細胞による自己-非自己の識別機構は免疫学の根幹をなし、その理解は、自己免疫病や他の免疫異常を伴う疾患の発症機構の解明や治療法の開発に必須である。逆に特異的な自己抗原に対する免疫反応を人為的に誘導する技術の開発は、自己抗原である癌抗原に対する免疫反応の効率的な誘導を可能にすることが想定され、癌治療に画期的な効果をもたらすことが期待される。しかしながら、多くのタンパク質抗原に対して誘導される T 細胞依存性免疫反応における自己-非自己の識別機
構は不明な点が多い。国民の約５％が自己免疫病に罹患し、３人に１人が癌で死亡する中で、自己非自己の識別機構の解明は、まさに日本社会・経済の将来の発展を支える研究と言える。
健康な人では、胸腺が持つ二つの機能により自己抗原反応性 T 細胞は機能せず、免疫寛容が成立している。一つは、胸腺における自己抗原反応性 T 細胞の除去、二つ目は、除去されなかった自己
抗原反応性 T 細胞の機能を抑制する制御性 T 細胞の産生である。胸腺では、皮質上皮細胞、髄質上皮細胞、樹状細胞等のストローマ細胞が３次元的に配置され機能的な微小環境が形成されている。
T 細胞は自身の T 細胞受容体(TCR)を介してストローマ細胞により提示された主要組織適合遺伝子
複合体抗原（MHC）と自己抗原ペプチドとの複合体と相互作用しながら移動し分化する。ストロー
マ細胞により提示された自己抗原と弱い相互作用しか持たない T 細胞は，生存し分化・成熟するが、自己抗原と強く相互作用する自己抗原反応性 T 細胞は、アポトーシスにより死滅する。特に髄質上皮細胞では、本来末梢組織で機能する多くのタンパク質が異所性に発現しており、それらが MHCとともに提示されることにより末梢での自己免疫反応が抑制されている。また、制御性 T 細胞の分化にも機能的な胸腺微小環境が必要である。しかし、胸腺微小環境の重要性が明らかであるにもかかわらず、その形成機構は不明である。当研究室では、転写因子 NF-κB の活性化シグナルを伝達す
るタンパク質 TRAF6 欠損マウスにおいて胸腺微小環境の異常及びそれによる自己免疫反応の誘導を発見し、TRAF6-p50/RelA シグナル(NF-κB の Classical 活性化経路)が、胸腺の機能的構築を制御していることを明らかにした。さらに、NIK(NF-κB-inducing kinase)から NF-κB (p52/RelB ヘテロ２量体)を活性化するシグナル（NF-κB の Alternative 活性化経路）も胸腺微少環境の形成に必須であるとの他グループの報告をもとに、NF-κB の Classical 及び Alternative 経路のクロストークの存在を明らかにし、胸腺上皮細胞における p50/RelA と p52/RelB を中心とした転写因子ネットワークが T 細胞の自己-非自己識別を制御することを提唱した。

教育の概要
当研究室は協力講座ということで、学部の講義は受け持っていない。大学院の講義は、本年度は基礎薬科学特論を担当した。研究室では Data Club での研究進捗状況報告または Journal Club での文献紹介を毎週開催し、研究の進め方、問題点の解決法などを全員で討議するとともに、プレゼンテーションや質問の仕方についても学んでいる。

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自己点検・評価
当研究室では、転写因子 NF-κB 活性化シグナルと癌、骨代謝疾患、免疫異常等の疾患発症との関連を追求して来た。一定の成果が得られたものの問題点は多く残されており今後の努力が必要と思われる。附属病院を持つ全国唯一の附置研究所ということもあり、より治療法や創薬開発に結びつく研究も重視していきたい。

学術論文（2017 年、2005〜2016 年抜粋）
1. Yamamoto, M., Sakane, K., Tominaga, K., Gotoh, N., Niwa, T., Kikuchi, Y., Tada, K., Goshima, N., Semba, K.
and Inoue, J. Intratumoral bidirectional transitions between epithelial and mesenchymal cells in
triple-negative breast cancer. Cancer Sci. in press (2017).
2. Varney, M., Choi, K., Bolanos, L., Christie, S., Fang, J., Grimes, L., Maciejewski, J., Inoue, J. andStarczynowski D.* Epistasis between TIFAB and miR-146a, neighboring genes in del(5q) MDS.
Leukemia (2017) 31, 491–495; doi:10.1038/leu.2016.276
3. Shibata, Y., Tokunaga, F., Goto, E., Komatsu, G., Gohda, J., Saeki, Y., Tanaka, K., Takahashi, H., Sawasaki, T.,
Inoue, S., Oshiumi, H., Seya, T., Nakano, H., Tanaka, Y., Iwai, K. and Inoue, J. HTLV-1 Tax Induces
Formation of the Active Macromolecular IKK Complex by Generating Lys63- and Met1-Linked Hybrid
Polyubiquitin Chains. PLoS Pathogens 13(1):e1006162. doi: 10.1371/journal.ppat.1006162 (2017).
4. Into, T.,* Horie, T., Inomata1, M., Gohda, J., Inoue, J., Murakami, Y. and Niida., S. Basal autophagy prevents
autoactivation or enhancement of inflammatory signals by targeting monomeric MyD88. Sci. Rep. 7: 1009.
doi:10.1038/s41598-017-01246-w (2017).
5. Akiyama, N., Takizawa, N., Miyauchi, M., Yanai, H., Tateishi, R., Shinzawa, M., Yoshinaga, R., Kurihara, M.,
Demizu, Y., Yasuda, H., Yagi, S., Wu, G., Matsumoto, M., Sakamoto, R., Yoshida, N., Penninger, J.M.,
Kobayashi, Y., Inoue, J. and Akiyama, T.* Identification of embryonic precursor cells that differentiate into
thymic epithelial cells 5 expressing autoimmune regulator. J. Exp. Med. 213(8):1441-58. doi:
10.1084/jem.20151780. (2016).
6. Kawasaki, M., Kawasaki, K., Oommen, S., Blackburn, J., Watanabe, M., Nagai, T., Kitamura, A., Maeda, T.,
Liu, B., Schmidt-Ullrich, R., Akiyama, T., Inoue, J., Hammond, N.L., Sharpe, P.T. and Ohazama, A.*
Regional regulation of filiform tongue papillae development by Ikkα/Irf6. Dev. Dyn. 245, 937-946. doi:
10.1002/dvdy.24427 (2016).
7. Yamamoto, M., Mastsuyama, S., Li, X., Takeda, M., Kawaguchi, Y., Inoue, J.* and Matsuda, Z.* Identificationof nafamostat as a potent inhibitor of Middle East respiratory syndrome (MERS) corona virus S-mediatedmembrane fusion using the split protein-based cell-cell fusion assay. Antimicrob. Agents Chemother.

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60(11):6532-6539. doi: 10.1128/AAC.01043-16 (2016).
8. Yu, J., Yun, H., Shin, B., Kim, Y., Park, E.S., Choi, S., Yu, J., Amarasekara, D.S., Kim, S., Inoue, J., Walsh,
M.C., Choi, Y., Takami, M. and Rho, J.* Interaction of tumor necrosis factor receptor-associated factor 6(TRAF6) and Vav3 in the receptor activator of nuclear factor κB (RANK) signaling complex enhancesosteoclastogenesis. J. Biol. Chem. (2016) 291(39):20643-60. doi: 10.1074/jbc.M116.728303.
9. Narushima, Y., Kozuka-Hata, H., Koyama-Nasu, R., Tsumoto, K., Inoue, J, Akiyama, T., Oyama, M.*
Integrative Network Analysis Combined with Quantitative Phosphoproteomics Reveals TGFBR2 as a Novel
Regulator of Glioblastoma Stem Cell Properties. Mol. Cell. Proteomics 15, 1017-1031 (2016).
doi:10.1074/mcp.M115.049999.
10.

Narushima,Y.,

Kozuka-Hata,

H.,

Tsumoto,K.,

Inoue,J.

andOyama,M.*

Quantitative

phosphoproteomics-based molecular network description for high-resolution kinase-substrate interactome
analysis. Bioinformatics (2016) doi:10.1093/bioinformatics/btw164.
11. Seki, T., Yamamoto, M., Taguchi, Y., Miyauchi, M., Akiyama, N, Yamaguchi, N., Gohda, J., Akiyama, T. andInoue, J.* Visualization of RelB expression and activation at the single-cell level during dendritic cellmaturation in Relb-Venus knock-in mice. J. Biochem. 158, 485-495. doi: 10.1093/jb/mvv064 (2015).
12. Varney, M.E., Niederkorn, M., Konno, H., Matsumura, T., Gohda, J., Yoshida, N., Akiyama, T., Christie, S.,
Fang, J., Miller, D., Jerez, A., Karsan, A., Maciejewski, J.P., Inoue, J. and Starczynowski, D.T.* Loss of Tifab,
a del(5q) MDS gene, alters hematopoiesis through derepression of Toll-like receptor–TRAF6 signaling J.
Exp. Med. 212, 1967-1985. doi: 10.1084/jem.20141898 (2015).
13. Tateishi, R., Akiyama, N., Miyauchi, M., Yoshinaga, R., Sasanuma, H., Kudo, T., Shimbo, M., Shinohara, M.,
Obata, K., Inoue, J., Shirakawa, M., Shiba, D., Asahara, H., Yoshida, N., Takahashi, S., Morita, M. andAkiyama, T.* Hypergravity provokes a temporary reduction of CD4+CD8+ thymocytes and a persistentdecrease in medullary thymic epithelial cell frequency in mice. PLoS ONE 10(10): e0141650.
doi:10.1371/journal.pone.0141650 (2015).
14. Shinzawa. M., Konno, H., Qin, J., Akiyama, N., Miyauchi, M., Ohashi, H., Miyamoto-Sato, E., Yanagawa, H.,
Akiyama, T.* and Inoue, J.* Catalytic subunits of the phosphatase calcineurin interact with NF-κB-inducing
kinase (NIK) and attenuate NIK-dependent gene expression. Sci. Rep. 5:10758 (2015).
15. Gohda, J., Ma, Y., Huang, Y., Zhang, Y., Gu, L., Han, Y., Li, T., Gao, G.F., Inoue, J., Iwamoto, A. and Ishida, T.
HIV-1 replicates in human osteoclasts and enhances their differentiation in vitro. Retrovirology 12:12 (2015).
16. Sato, Y., Goto, E., Shibata, Y., Kubota, Y., Yamagata, A., Goto-Ito, S., Kubota, K., Inoue, J., Takekawa, M.,
Tokunaga, F. and Fukai, S. Structures of CYLD USP with Met1- or Lys63-linked diubiquitin reveal

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mechanisms for dual specificity. Nat. Struct. Mol. Biol. 22, 222–229 (2015).
17. Ito-Kureha, T., Koshikawa, N., Yamamoto, M., Semba, K., Yamaguchi, N., Yamamoto, T., Seiki, M. and Inoue,
J. Tropomodulin 1 expression driven by NF-κB enhances breast cancer growth. Cancer Res. 75, 62–72(2015).

18. Akiyama, N., Shinzawa, M., Miyauchi, M., Yanai, H., Tateishi, R., Shimo, Y., Ohshima, D., Matsuo, M.,
Sasaki. I., Hoshino, K., Wu, G., Yagi, S., Inoue, J., Kaisho, T. and Akiyama, T. Limitation of immune
tolerance-inducing thymic epithelial cell development by Spi-B-mediated negative feedback regulation. J.
Exp. Med. 211, 2425-2438 (2014).
19. Yamamoto, M., Taguchi, Y., Ito-Kureha, T., Semba, K., Yamaguchi, N. and Inoue J. NF-κB
non-cell-autonomously regulates cancer stem cell populations in the basal-like breast cancer subtype.
Nat. Commun. 4:2299 (2013).
20. Yamaguchi, N., Oyama, M., Kozuka-Hata, H. and Inoue, J. Involvement of A20 in the molecular switchthat activates the non-canonical NF-κB pathway. Sci. Rep. 3, 2568 (2013).
21. Oshima, D., Inoue, J. and Ichikawa, K. Roles of spatial parameters on the oscillation of nuclear NF-κB:
computer simulations of a 3D spherical cell. PLoS ONE 7(10):e46911 (2012).
22. Shibata, Y., Oyama, M., Kozuka-Hata, H., Han, X., Tanaka, Y., Gohda, J. and Inoue, J. p47 negatively
regulates IKK activation by inducing the lysosomal degradation of polyubiquitinated NEMO. Nat.
Commun. 3:1061 (2012).
23. Sanada, T., Kim, M., Mimuro, H., Suzuki, M., Ogawa, M., Oyama, A., Ashida, H., Kobayashi, T,
Koyama, T., Nagai, S., Shibata, Y., Gohda, J., Inoue, J., Mizushima T. and Sasakawa, C. The Shigellaflexneri effector OspI deamidates UBC13 to dampen the inflammatory response. Nature 483, 623-626(2012).
24. Taguchi, Y., Kiga, Y., Gohda, J. and Inoue, J. Identification and characterization of anti-osteoclastogenic
peptides derived from the cytoplasmic tail of RANK. J. Bone Miner. Metab. 30, 543-553 (2012).
25. Hinohara, K., Kobayashi, S., Kanauchi, H., Simizu, S., Nishioka, K., Tsuji, E., Tada, K., Umezawa, K.,
Mori, M., Ogawa, T., Inoue, J., Tojo, A., and Gotoh, N. ErbB/NF-κB signaling controls mammosphere
formation in human breast cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 6584-6589. (2012).
26. Yamamoto, M., Ito, T., Shimizu, T., Ishida, T., Semba, K., Watanabe, S., Yamaguchi, N, and Inoue, J.
Epigenetic alteration of the NF-κB inducing kinase (NIK) gene is involved in enhanced NIK expression
in basal-like breast cancer. Cancer Sci. 101, 2391-2397 (2010).
27. Yamamoto, T., Yokota, Y., Mitsuki, Y., Mizukoshi, F., Tsuchiya, T., Terahara, K., Inagaki, Y., Yamamoto,N., Kobayashi, K., and Inoue, J. Selective transmission of R5 HIV-1 over X4 HIV-1 at the dendritic
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cell-T cell infectious synapse is determined by the T cell activation state. PLos Pathogens 5(1):e1000279 (2009).
28. Yamazaki, K., Gohda, J., Kanayama, A., Miyamoto, Y., Sakurai, H., Yamamoto, M., Akira, S., Hayashi,
H., Su, B., and Inoue, J. Two Mechanistically and Temporally Distinct NF-κB Activation Pathways in
IL-1 Signaling. Sci. Signal. 2, ra66 (2009).
29. Akiyama T., Shimo Y., Yanai H., Qin J., Ohsima, D., Maruyama Y., Asaumi Y., Kitazawa J., Takayanagi
H., Penninger JM., Matsumoto M., Nitta T., Takahama Y., and Inoue J. The Tumor Necrosis Factor
family receptors RANK and CD40 cooperatively establish the thymic medullary microenvironment andself-tolerance. Immunity 29, 423-437 (2008).
30. Hikosaka Y., Nitta T., Ohigashi I., Yano K., Ishimaru N., Hayashi Y., Matsumoto M., Matsuo K.,
Penninger JM., Takayanagi H., Yokota Y., Yamada H., Yosikai Y., Inoue J., Akiyama T., and Takahama Y.
The Cytokine RANKL Produced by Positively Selected Thymocytes Fosters Medullary Thymic
Epithelial Cells that Express Autoimmune Regulator. Immunity 29, 438-450 (2008).
31. Gohda, J., Akiyama, T., Koga, T., Takayanagi, H., Tanaka, S., and Inoue, J. RANK-mediatedamplification of TRAF6 signaling leads to NFATc1 induction during osteoclastogenesis. EMBO J 24,
790-799 (2005).
32. Akiyama, T., Maeda, S., Yamane, S., Ogino, K., Kasai, M., Kajiura, F., Matsumoto, M., and Inoue, J.
Dependence of Self-tolerance on TRAF6-directed Development of Thymic Stroma. Science 308 (5719),
248-251 (2005).

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薬 学 専 攻

目次へ◆ 薬品代謝化学教室 ◆教 授

浦野 泰照（うらの・やすてる）

平成 2 年東京大学薬学部卒、平成 7 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
東京大学大学院医学系研究科教授、博士（薬学）准教授

花岡 健二郎（はなおか・けんじろう）

平成 12 年東京大学薬学部卒、平成 17 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科講師（2011 年 10 月まで）
、博士（薬学）助 教

上野 匡（うえの・たすく）

平成 13 年東京薬科大学薬学部卒、平成 18 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：日本学術振興会海外特別研究員 (2011 年 3 月まで)、博士（薬学）助 教

小松 徹（こまつ・とおる）（革新創薬化学教室）

平成 16 年東京大学薬学部卒、平成 21 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：日本学術振興会海外特別研究員、博士（薬学）

研究の概要─新たな学問領域の開拓を目指す─
21 世紀の生命科学の方向として、“生きている状態”の細胞、生体組織あるいは in vivo 系における生体分子を時々刻々の変化に対応して動的に捉え、その変化に伴う生命現象を明らかにする事が挙げられる。このような動的生命科学はポストゲノム研究として重要視されているプロテオ
ミクスやメタボロミクス、あるいは細胞内ネットワーク解析研究に通じるものである。生体内で実際に起こっている真の生理現象を解明・解析するためには、生きている状態における生体分子の働きをその場（in situ）で明らかにすることが重要であると我々は考えている。このような動的解析の重要性を示す端的な例として、カルシウムイオン（Ca2+）がある。発生や神経系における Ca2＋の機能が詳細に明らかになった背景には、生きている状態の細胞や組織から Ca2+ を的確に捉えるセンサー分子（蛍光プローブ）の存在があった。Fura-2 や Fluo-3 に代表される Ca2+
蛍光プローブは生理的条件での Ca2+ の動きを高感度に検出し、多くの情報を与えてきた。
我々が解き明かしたいと望んでいる question は、細胞や生体組織のいつ、どこで、どれほどの生体分子が生成し作用しているのか（生体分子の濃度変化あるいは細胞内分布）、生体分子は細胞内でどのように作用しているのか、等である。これらの問題点を解決するために我々は、生体分子と反応あるいは結合してその特性（主には蛍光強度）が大きく変化する分子プローブを自らの手で開発し生体イメージングを行うことによって、生理的条件に近い状態での標的分子の働きを明らかにしようと試みている。更に、生体分子を光により瞬時に制御するシステムの構築や、分子プローブを用いた疾患部位の可視化研究も行っている。
当研究室が目指している上記の研究分野は従来にない新たな領域であるが、我々自身はこれを“ケミカルバイオロジー（chemical biology）”であると考えている。“ケミカルバイオロジー”とは一言で言えば「生命を化学で捉える学問」となるが、まだ公に確立されている定義はない。この言葉自体は新しいものではあるが、内容的には伝統的な｢薬学｣と通じる部分が大きい。わが国
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における｢薬学」とは、分野で言えば有機化学、分子生物学、物理化学、薬理学などの多くの学問に基づいた複合的な生命科学であり、その応用として創薬科学があると言える。更に、「薬学」を方法論的に定義すれば、「薬」という機能分子を化学の力で設計・合成し生体へと応用することによって、生理現象、並びにその異常としての疾患の機能解明と治療を行う学問とも考えられる。上記の点を踏まえたとき、当研究室の中心的な研究テーマである【生体へと応用可能な光
機能性分子の設計・合成と、それを用いた生命現象の機能解析】がケミカルバイオロジー、そして「薬学」の真骨頂を発揮する研究であることは自ずと理解されよう。
─研究分野のオリジナリティー─
生命を理解するためには、「化学」や「生物学」といった既存の学問分類にこだわることは本来、本質的ではない。前項で述べたような新たな分野の研究を開拓するためには、一教室で有機・無機化学、分析化学、生化学のみならず薬理学までを網羅した研究を遂行する必要がある。
教室内には NMR などの有機化学の機器と同時に細胞培養のための CO2 インキュベーター等の培
養機器、さらに蛍光顕微鏡などの分析機器も完備する必要があり、また当然それらに精通することが求められる。この様な学際的研究手法は欧米の最先端の研究施設でこそ近年一般的になりつつあるが、日本においてはまだ例が少ない。この研究領域では、例えば有機化学で博士号を取得した研究者が分子生物学、免疫学などの他分野に飛び込んでいき、独自の視点から生命科学に挑戦していくことになる。ヘテロな環境あるいは研究分野が融合される所に新たな発展があり、新領域を拓くことができる。
有機化学的発想、技術を用いて生物的課題に挑むヘテロな研究は日本においても今後は増加していき、一層の発展を遂げることが期待されている。我々の研究グループは早くからこの研究ス
タイルを取り入れており、わが国は勿論、世界的に見ても「蛍光イメージングを基盤としたケミ
カルバイオロジー」の先駆け的研究グループの一員であると自負している。それ故、研究内容は勿論のこと研究分野にも高いオリジナリティーがあると言える。
以下、2016 年に当教室で研究され論文等に報告された内容について、最も代表的な 3 つを説明する。

1. 食道癌を可視化する外科手術ガイダンス用蛍光プローブの開発
がんは 1981 年以降日本人の死因第 1 位であり、またその罹患者が年々増加している疾患である。
がんの三大療法として、外科的手術、放射線治療、化学療法が挙げられるが、外科的手術においては微小ながんの取り残しに伴った再発・転移が患者の予後を悪化させることが問題となっている。
このような問題を解決する手法として当研究室では、がん細胞で選択的に活性が亢進している酵素、
γ-グルタミルトランスフェラーゼ(GGT)と反応して初めて蛍光を発する蛍光プローブ gGlu-HMRG
を開発し、実際のヒト手術検体における有用性を示してきた。その一方で、全てのヒトのがんでGGT が発現しているわけではなく、特に食道がんは gGlu-HMRG での検出が難しいことが明らかとなっていた。そこで、本研究では HMRG を母核として様々なアミノペプチダーゼ様活性を検出可能な蛍光プローブを複数合成し、これらをヒトから摘出した手術検体を用いてスクリーニングを
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行うことで、食道がんに有用なプローブの開発を目指した。スクリーニングの結果、Gly-ProHMRG が食道がん検出に有用であることを見出し、生化学的な知見から、このプローブを代謝する酵素がジペプチジルペプチダーゼ IV (DPP-IV)であることを明らかとした。この知見を基にしてGly-Pro-HMRG を誘導体展開した結果、Glu-Pro-HMRG を用いることでよりよいイメージング結果を得ることを明らかとした。本プローブは数分以内という極めて短いタイムスケールでがんの検出が可能であり、その感度・特異度は既存の手法であるルゴール試薬や NBI と比較しても遜色ないものであることが明らかとなった。がんの蛍光イメージングを目指した研究は世界中で精力的に行われているが、実際のヒト検体で真に有用であることを示した本研究は他の類似研究と一線を画すものであり、Scientific Reports 誌に掲載された。

(B) 開発したプローブを用いたヒト検体での食道がんの検出(A) 開発した食道がん検出蛍光プローブ

2. Si 置換フルオレセインの化学平衡の解析および蛍光プローブ開発への応用
フルオレセインはその高い水溶性、高い蛍光量子収率、確立された蛍光の off/on 制御法などから、蛍光プローブの母核として汎用されている代表的な緑色蛍光団である。その分子構造において、ベンゼン環部位 2 位のカルボキシ基は、高い水溶性を付与するとともに、弱酸性環境においてキサ
ンテン環部位の 9’位への求核攻撃によって分子内スピロラクトン環を形成し、無色・無蛍光の互変異性体を生じる。このような分子構造の変化は多くの研究者の興味を引き、古くから互変異性と酸塩基平衡を含むフルオレセインの化学平衡は研究されてきた。本研究においては、フルオレセイ
ンのキサンテン環 10 位の O 原子を Si 原子に置換した Si 置換フルオレセイン、すなわち、ベンゼ
ン環部位 2 位にカルボキシ基を有する TokyoMagenta (TM) 類（2-COOH TM）に着目し、そのフル
オレセインとは大きく異なる pH 依存的な化学平衡の解析および、その特徴を活かした新たな蛍光プローブの分子設計法の確立を目指した。2-COOH TM を合成し、その光学特性および酸塩基平衡について精査をおこない、キサンテン環部位における置換基の効果を検討すると共に、キサンテン
環部位に Cl 基または F 基を導入した化合物を合成し、それらの pH 依存的な吸光度変化を測定した結果、2-COOH TM のキサンテン環部位にこれら電子吸引性基を導入することで、2 つの見かけの酸解離定数を低下させ、生理的 pH においても強い赤色光領域の吸収および蛍光を示すことを明らかにした。そして、この新たに開発された 2-COOH DCTM を用いた Ca2+蛍光プローブの開発をおこなった。代表的な蛍光制御原理である光誘起電子移動を原理として、Ca2+を選択的に配位し、蛍光増大を示す蛍光プローブ CaTM-3 の開発に成功した。実際に CaTM-3 AM を用いて、ヒスタミ
ン刺激による HeLa 細胞内での Ca2+濃度のオシレーションの観察を行ったところ、精度良く蛍光イ
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メージングを行うことに成功した。さらに、CaTM-3 AM をラット脳スライス切片における多ニューロン同時解析へと応用した。神経細胞は発火を起こす際に、一過性の細胞内の Ca2+濃度上昇を起こすことが知られており、CaTM-3 AM を用いて、Ca2+濃度の上昇に伴う神経細胞での自然発火を
蛍光イメージンングすることにも成功している。本研究成果は、その実用性が高く評価され、Cell

Calcium 誌に掲載された。
(A) 開発した Ca2+プローブ(B) Ca2+プローブを用いた神経細胞イメージング

3. ピルビル化ペプチドの代謝不活性化を担う酵素の発見と機能解析
生体内において特定の物質の適切な代謝は生命の恒常性維持に必要不可欠であり、その代謝経路を解明することは生命現象の深い理解に繋がることが期待される。しかしながら、代謝経路に関して未だ十分な理解が得られていない物質も多く、その一つに N-ピルビル化ペプチドが挙げられる。
ピルビルアミドは、タンパク質中酸性アミノ酸側鎖と活性酸素種（ROS）との反応によりペプチ
ド N 末端に生成され得ることが報告されている特徴的な酸化修飾である、その代謝に関する知見は得られていない。そこで、本研究ではこのようなピルビルアミド構造に着目し、本構造の代謝に関わる酵素を生体内より探索することを目指した。
ピルビルアミドを基質とする酵素を生体内より網羅的に探索するために、ピルビルアミド結合に対する代謝活性を可視化するモデル有機小分子蛍光プローブとして 7-amino-4-methylcoumarinにピルビル化ペプチドの部分構造を結合させた化合物（Pyr-AMC、Pyr-Leu-AMC）を設計・合成
し、これを用いてマウス中の各臓器破砕液における酵素活性を評価したところ、いくつかの組織においてピルビルアミド構造の加水分解に伴う蛍光上昇が観察された。その標的酵素を生体試料より同定するために、非変性の電気泳動を用いて試料中タンパク質群を分離した後にゲルをマルチウェ
ルプレートに分画し、蛍光プローブを用いた酵素アッセイを行う diced electrophoresis gel (DEG)
ア ッ セ イ を 利 用 し て 解 析 を 行 い 、 そ の 標 的 酵 素 と し て acylamino acid releasing enzyme（APEH）を同定することに成功した。APEH は先行研究において酸化ストレスによる細胞毒性への耐性との関連が報告されているが、その機序は十分に明らかにされていなかった。実際に、APEH を過剰発現させた場合に、ピルビル化ペプチドによって生じる細胞毒性が大幅に軽減されることが明らかになり、APEH が酸化ストレスによって生じるピルビル化ペプチドの代謝によっ

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て細胞毒性を軽減していることを示唆する結果が得られた。このように、酸化ストレスによって生じ 得 る 生 体 内 の 有 害 物 質 に 対 す る 新 た な 代 謝 活 性 を 見 出 し た 本 研 究 成 果 は 、 Chemical

Communications 誌に掲載された。
(B) ピルビル化ペプチド代謝酵素の発見(A) ピルビル化ペプチドの代謝活性を可視化する蛍光プローブ

教育の概要
薬品代謝化学教室では、学部講義として 3 年生前期の S2 タームに「有機化学 VI」の講義を担当している。これは薬物代謝に関する講義と高分子化学に関する講義から成る。代表的薬物代謝酵素である P-450 を中心に、テーラーメイド医療や遺伝的多型、酵素誘導など最先端のトピック
スを盛り込みながら代謝学のポイントをわかりやすく授業している。特にこの講義は、日常的にマスメディアを賑わす薬の副作用・医療過誤と直結しており、講義内容は学生の興味を大いに刺激するとともに、国民医療における薬学の重要さを十分に認識させることになる。また、実際の創薬についても、有機化学を基礎として医薬品の分子設計法およびコンピュータシミュレーショ
ンの理解をさせる内容を講義している。知識の切り売り的講義ではなく、薬の代謝に対する基本的な考え方を理解させる内容である。高分子関連有機化学の講義は、主にスミス基礎有機化学の第 27 章と 30 章に関する講義を行い、生体関連高分子、機能性高分子に関する基礎知識を身に付けさせる内容である。また、化学と医薬の関わりについて化学系教室が共同で講義する「医薬化学Ⅰ」（３年生後期、A2 ターム） についても半分を担当し、ケミカルバイオロジーの基礎から応用までを講義している。また、3 年生の学生実習Ⅱについても、一部を担当している。この実習においては、①P-450 の反応を理解することを目的とした、ラット肝ミクロソームを用いた酵
素反応実験、および②蛍光プローブの設計とその応用について理解するための分析化学実験、の２項目を実施している。テキストに書いてある操作を盲目的に行うだけでなく、実験の意味やデータの解釈について考えさせるよう工夫しながら、口頭試問やレポートを課している。
大学院においては、有機化学系の他研究室と共同で「ケミカルバイオロジー特論」を担当して
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いる。この講義は有機化学の最先端研究についてオムニバス形式で紹介するものであるが、当研究室担当分はケミカルバイオロジーを中心とした内容の中で特に、バイオイメージングを中心に、基礎から応用まで当該研究分野の深い理解を目指した内容で、薬品代謝化学教室のスタッフが、それぞれの専門性を生かした講義を行っている。これらの講義では特に質疑応答に力を入れており、院生が積極的に講義に参加するように留意している。これにより、単に教員から院生への一方通行の授業にならないような講義が行われている。
４年生からは各研究室配属になり本格的な研究をスタートさせることになるが、この研究室における教育については、各々の研究テーマに関する教員との日常的な discussion に加えて、週２回行われるセミナーが中心的な役割を果たしている。１回は実験報告会であり、他の１回は最新文献の紹介である。実験報告会は１人おおよそ１時間かけて行い、実験・研究内容が質疑応答により吟味されることになる。この報告会において、研究者としての考え方が定着するよう訓練される。実験報告会は、研究者の養成に主眼をおいた教育の重要な一環と位置づけており、学生は一人前の研究者になるための基礎トレーニングとして必要な、自分の研究成果の発表の仕方を学ぶこととなる。特に、「研究データを正確に、かつわかりやすく、自らの言葉で説得力を持って記述・論述できるか」「実験データの解釈や論理展開に問題はないか」「研究のオリジナリティーや方向性について自分なりにしっかりと考えているのか」等の点を厳しく問うことで、学生の成長を促している。
教室セミナーの最新文献紹介においても、研究者としての成長が一目瞭然に把握できる。大抵の場合、初めの２、３回は単に直訳調の文献紹介であるが、大学院 2 年生頃になると実験データや結論に対する自らのコメントを入れながら説明できるようになる。更に博士課程ともなると、その研究分野における当該論文の位置づけや先行研究との的確な比較、今後の展開についての考察までも交えた紹介が出来るようになってくる。自身の研究のみならず、他者の研究に関しても十分に内容を理解し、適切な評価を行えるようになることは独立した研究者となるための必要不
可欠な能力であり、文献紹介はそうした研究を自ら立案し評価する能力を磨くための絶好の機会となっている。
次に大学院生が個々に行っている研究について触れる。当教室では学際的学問である薬学の特徴を考え、有機化学と同時に薬理学、分析化学など幅広い学問領域に精通した薬学における指導者としての教育を行っており、単なる技術者教育は行っていない。この点から各人に別々の大きな研究テーマを与えており、チームを組んで一つのテーマを分割して課すことは行っていない。
当研究室では研究結果に対して、（１）オリジナリティー、（２）他研究へのインパクト効果、（３）実用化、という３つのハードルを越えることを求めており、これらは世界に通じるレベルの研究者になるための教育となる。現在のところ我々の教室の博士課程修了者はいずれも実用可能な独創的機能分子を創製しており、この成功体験はアカデミックな研究機関あるいは民間企業の研究所に進んだ際に大きな財産となっている。また修士課程修了者・学部卒業者においては、
製薬業界を初めとする幅広い民間企業や官公庁に就職しており、研究を通して学んだ論理的なものの考え方、主体的な仕事の仕方を自らの武器として大いに活躍している。
2016 年度においては、大学院博士課程に所属す学生の半数以上が学術振興会の DC 特別研究員として採用されており、前年以前からの高い採用率を維持している。また国際的な研究の場での経験を養うべく、博士課程の学生を中心に、様々な国際学会に参加して口頭／ポスター発表を
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実施する機会を提供した。またすべての大学院生に対し、国内外を問わず学会発表の機会を積極的に与えている。このような方針で教育・研究活動を行った結果、修士・博士課程の大学院生らによる発表が、2016 年中に全 8 件の学生の受賞に繋がるなどの優れた評価を受けており、当研究室の研究活動の成果は対外的にも高く評価されていることが伺える。

自己点検･評価
下記の外部からの評価に見られる通り、2016 年の当研究室の研究・教育活動は非常に活発で意義あるものであったと自己評価している。具体的な外部からの評価を以下に示す。
－発表論文に対する評価－
学術論文リストに示すように、Angew. Chem. Int. Ed. 、Chem. Commun.などの化学の一流誌への雑誌だけでなく、生物系の top journal である Nature、Cell の姉妹紙への論文発表もおこない、複合領域の研究を進める研究室として、その存在感を内外に強くアピールすることができた。また、これらの論文の主著者が、いずれも当研究室で教育を受けた大学院生であることは、当研究室における教育活動が高レベルでおこなわれていることの表れであると言える。また、これら発表した研究成果に関して、共同研究や試薬譲渡依頼も多数あり、個々の研究の注目度の高さがうかがえる。このことは当研究室の研究レベルの高さと国際性をよく表している。
－国家プロジェクトへの採択－
浦野泰照は 2014 年より文部科学省「次世代がん研究シーズ戦略的育成プログラム」、「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト」、および国立研究開発法人日本医療研究開発機構 戦略的創造研究推進事業（CREST タイプ）の研究代表者として採用されている。また、花岡健二郎は 2015 年より科学技術振興機構 研究成果事業展開【先端計測分析技術・機器開発プログラム】の研究代表者として採用されており，小松徹は 2013 年より科学技術振興機構 戦
略的創造研究推進事業（さきがけタイプ）の研究代表者として採用されている。

学 術 論 文1)

"Identification of Lung Inflammation-Related Elevation of Acylamino Acid Releasing Enzyme(APEH) Activity Using an Enzymomics Approach" Toru Komatsu, Kentaro Yoshioka, Kenjiro
Hanaoka, Takuya Terai Tasuku Ueno, Tetsuo Nagano and Yasuteru Urano
Chem. Pharm. Bull., 11, 1533-1538 (2016) doi:10.1248/cpb.c16-00540

2)"A Single Fluorescent Probe to Visualize Hydrogen Sulfide and Hydrogen Polysulfides withDifferent Fluorescence Signals" Wei Chen, Armando Pacheco, Yoko Takano, Jacob J. Day,
Kenjiro Hanaoka and Ming Xian
Angew. Chem. Int. Ed., 55, 9993-9996 (2016) doi:10.1002/anie.201604892

3)"Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescenceprobe targeting dipeptidylpeptidase IV" Haruna Onoyama, Mako Kamiya, Yugo Kuriki, Toru
Komatsu, Hiroyuki Abe, Yosuke Tsuji, Koichi Yagi, Yukinori Yamagata, Susumu Aikou, Masato
Nishida, Kazuhiko Mori, Hiroharu Yamashita, Mitsuhiro Fujishiro, Sachiyo Nomura, Nobuyuki
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Shimizu, Masashi Fukayama, Kazuhiko Koike, Yasuteru Urano and Yasuyuki Seto
Sci. Rep., 6, 26399 (2016) doi:10.1038/srep26399
4)"Development of Practical Red Fluorescent Probe for Cytoplasmic Calcium Ions with Greatly
Improved Cell-membrane Permeability" Kazuhisa Hirabayashi, Kenjiro Hanaoka, Takahiro
Egawa, Chiaki Kobayashi, Shodai Takahashi, Toru Komatsua, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Yuji
Ikegaya, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
Cell Calcium, 60, 256–265 (2016). doi:10.1016/j.ceca.2016.06.002

5)"Unexpected photo-instability of 2,6-sulfonamide-substituted BODIPYs and its application todevelopment of caged GABA" Aoi Takeda, Toru Komatsu, Hiroshi Nomura, Naka Masamitsu,
Norio Matsuki, Yuji Ikegaya, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, andYasuteru Urano
ChemBioChem, 17, 1-9 (2016) doi:10.1002/cbic.201600097

6)"Broad-spectrum Antimicrobial Photocatalysis Mediated by Titanium Dioxide and UVA is
Potentiated by Addition of Bromide Ion via Formation of Hypobromite" Ximing Wua, Ying-Ying
Huang, Yu Kushida, Brijesh Bhayana, and Michael R. Hamblin
Free Radic. Biol. Med., 95, 74-81 (2016). doi:10.1016/j.freeradbiomed.2016.03.012

7)"Detection of NAD(P)H-dependent Enzyme Activity by Time-domain Ratiometry of Terbium
Luminescence" Takuya Terai, Hiroki Ito, Kenjiro Hanaoka, Toru Komatsu, Tasuku Ueno,
Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
Bioorg. Med. Chem. Lett., 6, 2314–2317, 2016, doi:doi:10.1016/j.bmcl.2016.03.038

8)"Discovery of pyruvylated peptide-metabolizing enzyme using a fluorescent substrate-based
protein discovery technique" Kentaro Yoshioka, Toru Komatsu, Kenjiro Hanaoka, Tasuku
Ueno, Takuya Terai, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
Chem. Commun., 52, 4377-4380 (2016) doi:10.1039/C6CC00829A

9)"A Protein-Coupled Fluorescent Probe to Visualize Potassium Ion Transition on Cellular
Membranes" Tomoya Hirata, Takuya Terai, HisaoYamamura, Manabu Shimonishi, Toru
Komatsu, Kenjiro Hanaoka, Tasuku Ueno, Yuji Imaizumi, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
Anal. Chem., 88, 2693–2700 (2016) doi:10.1021/acs.analchem.5b03970

10)"ICBS and ECBS Chemical Biology Meeting 2015 - Let Them Come to Berlin"
Toru Komatsu and Satpal Virdee
ACS Chem. Biol., 11, 1159-1166 (2016) doi:10.1021/acschembio.6b00268

11)"Toward Total Synthesis of Cell Function: Reconstituting Cell Dynamics with Synthetic Biology"
Allen K. Kim, Robert DeRose, Tasuku Ueno, Benjamin Lin, Toru Komatsu, Hideki Nakamura,and Takanari Inoue
Sci. Signaling, 9, re1 (2016) doi:10.1126/scisignal.aac4779

12)"Chemical Tools for The Study of Hydrogen Sulfide (H2S) and Sulfane Sulfur and Their
Applications to Biological Studies." Yoko Takano, Kazuhito Shimamoto, Kenjiro Hanaoka
J. Clin. Biochem. Nutr., 58, 7-15 (2016) doi:10.3164/jcbn.15-91

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総 説 ・ 著 書
13)「ケイ素置換キサンテン蛍光団の創製と蛍光プローブへの応用」
花岡 健二郎、浦野 泰照
有機合成化学協会誌 Vol.74, No.5, pp512-520 (2016)

14)「第24章 ケミカルバイオロジーの最前線 細胞の中で生きた酵素の働きを「見る」」
小松徹，浦野泰照
天然物の化学（科学のとびら６０），東京化学同人 (2016)

大 型 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト
浦野泰照

文部科学省
「次世代がん研究シーズ戦略的育成プログラム」“臨床検体の網羅的ライブ酵素活性解析による新がん診断技術の創製” （2014 年～2016 年）

文部科学省「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト」“脳構造・機能の統合的理解に資する革新的光機能性小分子群の創製” （2014 年～2017 年）

国立研究開発法人日本医療研究開発機構
戦略的創造研究推進事業（CREST タイプ）
“臨床検体を用いた疾患部位特異的な代謝活性のライブイメージング探索技法の確立と創薬への応用”（2014～2020 年）

花岡健二郎 科学技術振興機構
先端計測分析技術・機器開発プログラム“新規近赤外蛍光団の開発と実用的蛍光プローブの創製” (2015 年～2019 年)

小松徹

科学技術振興機構
戦略的創造研究推進事業（さきがけタイプ）“タンパク質の動的機能の理解に基づく新たな疾患バイオマーカー・創薬標的分子探索法の開発”(2013 年～2016 年)

学 会 等 で の 招 待 講 演 ・ 特 別 講 演
浦野泰照
1.

10th AACR-JCA Joint Conference“Rapid and sensitive imaging of tiny tumors by topically spraying novel fluorogenic probes for
peptidases and glycosidases”
米国・マウイ、2016 年 2 月 18 日
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2.

2016 Queenstown Molecular Biology Meetings in Shanghai“Novel intramolecular spirocyclization-based fluorogenic probes: from in vivo imaging of tiny tumors
to super-resolution imaging”
中国・上海、2016 年 3 月 18 日

3.

Korean Society for Biochemistry and Molecular Biology (KSBMB)“Spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell superresolution imaging”

4.

韓国・ソウル、2016 年 5 月 18 日
第 16 回日本 NO 学会学術集会・第 9 回国際 NO 学会“Chemical biology of NO and related species”
宮城県仙台市、2016 年 5 月 22 日

5.

International Symposium on Biolumi. & Chemilumi. 2016
“Novel bioluminogenic probes for continuous imaging of various biological phenomena in deep tissuesof living animals”
茨城県つくば市、2016 年 5 月 31 日

6.

RICT2016 Interfacing Chemical Biology and Drug Discovery“Novel Fluorogenic Probes for In Vivo Imaging of Tiny Tumors and Super-Resolution Imaging in
Living Cells”
フランス・カーン、2016 年 7 月 8 日

7.

World Molecular Imaging Congress 2016
“Novel Fluorescent Probes for Monitoring Glutathione Metabolism in Living Cells”
米国・ニューヨーク、2016 年 9 月 7 日

8.

創薬分子プローブ研究ユニットシンポジウム「分子プローブ研究の最前線」「小分子蛍光プローブを精密設計して、術中迅速がんイメージングや精細胞超解像イメージングを実現する」石川県金沢市、2016 年 2 月 16 日

9.

日本分子イメージング学会第 11 回総会学術集会“A library-based approach to realize intraoperative rapid imaging of tiny tumors by novel fluorogenic
probes for aminopeptidases”
兵庫県神戸市、2016 年 5 月 28 日

10. 第 76 回分析化学討論会「蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製」
岐阜県岐阜市、2016 年 5 月 29 日
11. 第 38 回日本光医学・光生物学会「蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製」
京都府京都市、2016 年 7 月 22 日
12. 第 25 回日本バイオイメージング学会学術集会「化学の力で見えないがんを見つける」
愛知県名古屋市、2016 年 9 月 4 日
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13. 第 75 回日本癌学会学術集会「新規化学蛍光プローブによるがん細胞・Redox 環境ライブイメージング」
神奈川県横浜市、2016 年 10 月 8 日
14. 第 56 回日本核医学会学術総会“Library-based approach to realize intraoperative rapid fluorescent imaging of tiny tumors”
愛知県名古屋市、2016 年 11 月 4 日
花岡健二郎
1.

新学術領域「感応性化学種が拓く新物質科学」第 3 回若手国際シンポジウム“Design and Synthesis of Silicon-substituted Fluorophores and their Application to Fluorescence
Probes for Biological Applications”
愛知県名古屋市、2016 年 3 月 10 日

2.

第 16 回日本 NO 学会学術集会・第 9 回国際 NO 学会“Development of fluorescent probes for H2S and sulfane sulfur and their application to biologicalstudy”
宮城県仙台市、2016 年 5 月 22 日

3.

FB3 2016 (Fluorescent Biomolecules and Their Building Blocks)“Development of Far-red to Near-Infrared Fluorophores and their Application to Fluorescent
Probes”
中国／天津、2016 年 7 月 7 日

4.

第 55 回日本生体医工学大会「In vivo イメージングを目指した小分子可視化プローブの開発と応用：近赤外蛍光プローブ
及び MRI プローブのデザイン・合成」
富山県富山市、2016 年 4 月 27 日

小松徹
1. 日本薬学会第 136 年会「酵素活性の理解に基づく新規疾患関連タンパク質探索法の開発」
神奈川県横浜市、2016 年 3 月
2.

第 89 回日本生化学会「酵素活性可視化有機小分子プローブを用いた新規疾患関連タンパク質探索法の開発」
宮城県仙台市、2016 年 9 月 26 日

3.

第一回 BRIGHT シンポジウム「有機小分子を使って 酵素を探す、酵素を視る」
徳島県徳島市、2016 年 7 月 26 日

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受 賞
花岡健二郎 日本分子イメージング学会・優秀発表賞、2016 年 5 月
柳光一

日本薬学会第 136 年会・学生優秀発表賞、2016 年 3 月

栗木優五

日本薬学会第 136 年会・学生優秀発表賞、2016 年 3 月

沼澤宏治

日本薬学会第 136 年会・学生優秀発表賞、2016 年 3 月

岩木慎平

日本薬学会第 136 年会・学生優秀発表賞、2016 年 3 月

井上大輝

第 14 回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム若手奨励賞、2016 年 8 月

高野陽子

生体機能関連化学部会若手の会・第 28 回サマースクール・優秀ポスター賞、2016 年
8月
第 10 回バイオ関連化学シンポジウム ポスター賞、2016 年 9 月

両角明彦

第 54 回日本生物物理学会年会・学生発表賞、2016 年 12 月

社 会 へ の 貢 献 そ の 他
浦野泰照、日本ケミカルバイオロジー学会 事務局長
浦野泰照、日本分子イメージング学会 理事（編集委員長）
浦野泰照、日本酸化ストレス学会 評議員
花岡健二郎、日本ケミカルバイオロジー学会 世話人（事務局補佐）
花岡健二郎、日本分子イメージング学会 編集委員

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◆ 蛋白構造生物学教室 ◆教 授

清水 敏之（しみず・としゆき）

昭和62年東京大学薬学部卒、平成元年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職: 横浜市立大学生命ナノシステム科学研究科、薬学博士

准教授

大戸 梅治（おおと・うめはる）

平成14年東京大学薬学部卒、平成19年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬学）

助 教

藤間 祥子（とうま・さちこ）

平成11年お茶の水女子大学理学部卒、平成13年同大大学院人間文化研究科博士前期課程修了、平成15年大阪大学大学院理学研究科博士後期課程中退、前職: 熊本大学大学院医学薬学研究部助手、博士（理学）

研究の概要
タンパク質の三次元構造（立体構造）に関する知見は、医薬創製はもとより、その活性や機能のを理解するうえで必須のものであり、さらに、分子および原子のレベルでの生体物質の相互作用、リガンド認識や酵素反応の機構、タンパク質の分子進化について新たな知識を与える。蛋白構造生
物学教室では、タンパク質の三次元構造の詳細をＸ線回折法により解明する回折構造生物学を教育と研究の中心に据えている。
当教室では、自然免疫に関わるタンパク質、核内で働くタンパク質、情報伝達に関わるタンパク質などを主な対象とし、試料の大量発現、精製、性状解析から、三次元構造の解析までの構造生物学研究を展開している。
このような研究を通じて、タンパク質の大量発現と高純度精製、タンパク質や核酸と結合するリガンドの三次元構造に基づく分子設計、遺伝子変異によって生ずる変異タンパク質と疾患との関わりの解明なども志向している。これら目標に向けて必要とされる構造研究の方法論、構造知見の利
用法、設備と機器を構築し、これらを駆使する教育研究の体制を整えている。
１．研究基盤の構築
構造生物学の研究では、微量にしか得られない生体試料を大量に調製する必要がある。この面では、ヒトや真核生物に由来するタンパク質を大量に発現させて、結晶化のために高度に精製するシステムの構築に取り組んできた。発現系としては、大腸菌 E. coli、バキュロウィルスによる培養
昆虫細胞のシステム、ショウジョウバエ S2 細胞を採用している。とくに、アスパラギン(N)結合型糖鎖が付加されている自然免疫系の Toll-Like Receptor（TLR）とその関連タンパク質では S2細胞のシステムを用いる大量発現と精製に現在重点的に取り組んでいる。
Ｘ線の散乱、回折や吸収を利用する物理化学的な理論と手法の基盤として、分子量が大きなタン
パク質のＸ線結晶解析を可能なシンクロトロン放射光を用いるＸ線回折法、さらにはＸ線小角散乱法も積極的に利用してきた。研究の環境･設備面では、熱力学的測定によって結合定数を決定できる等温滴定カロリメトリー（ITC）装置、結晶化ロボット、遺伝子組み換え実験を迅速かつ安全に
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行うための P2 レベル対応の培養実験室を有し、タンパク質大量発現のための細胞培養用の 10 L 培
養スケールのジャーファーメンター装置などが整備されている。
２．自然免疫系タンパク質の構造科学的研究
自然免疫システムは病原微生物感染に対する重要な生体防御のシステムである。このシステムはヒトのみならず、昆虫などの無脊椎動物、植物にも備えられている。ハエの個体発生の際に背腹軸を決定するシグナルを伝達する分子として同定された Toll がヒトにも保存されていることがわかり Toll-like receptor (TLR)と名付けられた。TLR は病原体に存在する特有の分子パターンと結合し感知する受容体ファミリーであり、自然免疫の主要な部分は TLR を介して行われることがわ
かってきた。TLR は I 型の膜タンパク質に分類され、シグナルを伝達する細胞内ドメインは I 型
IL-1 レセプターに類似しており TIR ドメインと呼ばれる。TLR7, 8, 9 はその配列相同性からサブファミリー（TLR7 ファミリー）を構成しいずれもエンドソームに存在する。TLR7 および TLR8はウイルスや細菌に由来する一本鎖 RNA を認識するが興味深いことに TLR7, 8 は分子量200~300 程度の化学合成リガンドによっても活性化される。我々は TLR8 が一本鎖 RNA を認識するというよりも、RNA の分解産物であるウリジンが活性化に必須であり一本鎖 RNA と協調的に活性化することを報告した。今年度は TLR8 と最も相同性が高く、TLR8 同様一本鎖 RNA を天然基質とする TLR7 の構造解析に取り組んだ。さらに TLR7 ファミリーは Z-loop と呼ばれる挿入配列を有し活性化には Z-loop の切断が必要であるがこの機構を構造生物学的に解明した。
１）TLR7 はグアノシンと一本鎖 RNA によって協調的に活性化される
共同研究者である柴田らのグループは、TLR7 はグアノシン（G）に加えて 2’-デオキシグアノシン（dG）や 8-OHG、8-OHdG、7-MetG などの様々なグアノシンアナログにも応答することを明らかにした。この知見をもとに我々は X 線結晶構造解析により、TLR7、グアノシン，ポリ U 鎖からなる複合体の構造を分解能 2.5Å（PDB ID：5GMF）、TLR7、ロキソリビン、ポリ U 鎖からなる複合体の構造を分解能 2.6Å（PDB ID：5GMG）、TLR7 と R848 との複合体の構造を分解能 2.2Å（PDB
ID：5GMH）で決定した（図１）。いずれの複合体の構造も、同じく TLR7 サブファミリーに属す
る TLR8 および TLR9 の活性化型の構造とほぼ同じ配置をとる活性化型の二量体であった。グアノ
シンは二量体の界面に位置する第 1 結合部位と結合していた。ポリ U 鎖はドーナツ形の LRR ドメ
インの凹面と Z ループから形成される二量体の界面に近接する第 2 結合部位と結合していた。
TLR7 の第 1 結合部位は TLR8 の低分子リガンドとの結合部位と同じであったが、第 2 結合部位はTLR8 の 1 本鎖 RNA との結合部位とはまったく異なっていた。TLR7、ロキソリビン、ポリ U 鎖からなる複合体および TLR7 と R848 との複合体においても同様に、ロキソリビンおよび R848 が第 1結合部位と結合していた。第 2 結合部位は TLR7、ロキソリビン、ポリ U 鎖からなる複合体においては UUU が占有していたが、TLR7 と R848 との複合体においては占有されていなかった。
第 1 結合部位におけるリガンドに対する特異性を等温滴定カロリメトリー法により調べた。グア
ノシン、ロキソリビン、R848 と TLR7 との結合解離定数は、それぞれ、13.5μM、5.6μM、0.49μMと算出された。一方、グアノシン以外のモノヌクレオシドについては TLR7 との結合は確認されなかったことから、TLR7 はヌクレオシドのうちグアノシンを特異的に認識し、グアノシンのセンサーとしての機能をもつと考えられた。
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TLR7 の活性化における第 1 結合部位および第 2 結合部位の重要性について調べるため、第 1 結合部位あるいは第 2 結合部位に Ala の置換を導入した変異体の活性を HEK293T 細胞を用いた NFκB レポーターアッセイにより調べた。その結果、第 1 結合部位の変異体において低分子リガンド
および 1 本鎖 RNA に対する応答が消失あるいは低下した。一方で、第 2 結合部位の変異体においては、低分子リガンドに対する応答はそれほど変化しなかったが、1 本鎖 RNA に対する応答は顕著に低下した。これらの結果から、第 1 結合部位は低分子リガンドおよび 1 本鎖 RNA の両方の活性化において重要であるが、第 2 結合部位は 1 本鎖 RNA による活性化のみにかかわることが示唆された。
1 本鎖 RNA の存在のもとではグアノシンと TLR7 との結合解離定数は 13.5μM から約 1μM まで上昇した。この結果から、TLR7 は高親和性の 1 本鎖 RNA が第 2 結合部位と結合したのち、グアノシンが第 1 結合部位と結合して活性化するという機構が提唱された（図 2）。グアノシンが単独
では第 1 結合部位との結合は弱いため、第 2 結合部位の 1 本鎖 RNA との結合による協調的な効果
が TLR7 の活性化に必要だと考えられた。
第 2 結合部位に対する RNA の塩基に対する特異性について調べたところ UUU の存在のもとでは TLR7 とグアノシンとの結合解離定数は 3.9μM まで上昇した。一方、AAA、GGG、CCC を用いた場合、協調的な効果はまったく観察されなかった。TLR7 により特異的に認識されていた中央のU を変えた UCU および UGU を用いた場合も協調的な効果はみられなかった。
これらの結果から、1 本鎖 RNA の非末端の U が TLR7 との結合に必要である
ことが明らかにされた。

図１ TLR7 の結晶構造

２）Z-loop 切断による TLR8 の活性化機構
TLR7 ファミリーには Z-loop と呼ばれる長い挿入配列があり、この切断が TLR7 ファミリーの活性化に必須であることが知られている。なぜ Z-loop 切断が活性化に必要なのか構造科学的に明らかにした。Z-loopが切断されない変異体を調製し、X 線結晶構造解析によってその構造を決定した。これまで Z-loopの半分は disorder していたため、Z-loop が二量体界面側を通るのか、その逆側なのか不明であったが、本研究により二量体界面側を通ることが明らかになった。さらに二量体モデルを構築したところ、Z-loop と大きく接触することがわかった。つまり、Z-loop の切断によりこの立体障害が解除さ
れ TLR7 ファミリーは活性型の二量体構造が形成可能になることを示した（図２）
。

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図２ Z-loop 未切断体の TLR8 の結晶構造と二量体モデル
３．受精に関わるタンパク質の構造科学的研究
哺乳類の受精では、オスとメスの配偶子である精子と卵が互いに認識、膜融合し、それぞれが持つ遺伝情報が組み合わされることで新たな遺伝情報を持つ個体が作り出される。膜融合のためには配偶子同士の認識が不可欠であり、精子と卵子の双方において、互いの認識に関与する因子の研究がなされてきたが、その特異的な認識機構についての構造生物学的な知見は得られていない。今回
筆者らは、受精に必須の因子として同定された精子の細胞膜上に局在する膜タンパク質 IZUMO1とその卵子側の受容体 JUNO に関して、それぞれの単体と複合体の結晶構造を明らかにした。
IZUMO1 は、N 末端側の 4 本の α へリックスが束になった IZUMO ドメイン、中央部分の β ヘアピ
ン構造、C 末端側のイムノグロブリン (Ig) 様
ドメインから構成されており、β ヘアピン構造
はジスルフィド結合によって IZUMO ドメインと Ig 様ドメインと架橋されることで安定なロッド状の構造を形成していた。IZUMO1 とJUNO は IZUMO1 の β ヘアピン構造と JUNOの疎水性ポケットの裏側で結合していた。構造に基づく変異体実験から、IZUMO1-JUNO の認識が生物学的に重要であることが証明された。
本研究により、新しい避妊薬の開発など、創薬への応用も期待される。

図３：IZUMO1-JUNO の複合体構造

教育の概要
蛋白構造生物学教室では、薬学部の２年生の講義として「物理化学Ⅲ」を担当している。また、｢構造分子薬学」（３年生を対象）の講義の半分と、｢生物物理学」（３年生）の３分の１、｢医療科学Ⅱ」(４年生）の講義の一部を分担している。
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「物理化学Ⅲ」では、双性イオンであるアミノ酸の化学的な性質、タンパク質の構造の階層性、分子間相互作用、反応速度論、タンパク質などの三次元構造と酵素反応についての構造論的な基礎を中心に、清水が講義している。この構造化学の教育は、生体での分子の相互作用を原子と分子のレベルで理解する上では不可欠なものであり、三次元構造に立脚した分子論的な見方が薬学教育では一層重要になるとの認識に基づいている。「構造分子薬学」では、結晶構造解析の基本的な事項、
すなわち結晶化、回折現象、結晶構造因子、位相決定などを講義している。これは、生命物理化学教室による核磁気共鳴法に関わる講義と併せて、清水・大戸が担当している。
「生物物理学」では、構造生物学によるタンパク質リン酸化酵素、分子スイッチとして働く
GTP 結合タンパク質（三量体 G タンパク質、低分子量 G タンパク質）、自然免疫に関わるタンパ
ク質を取り上げ、構造からどのようなことがわかったかを講義している（清水・大戸）。
薬学部の３年生の実習としては、物理化学系教室による「薬学実習Ⅲ」のコースのひとつを主に
大戸、藤間が担当しており、そこではタンパク質の精製から結晶化、回折実験までを行う。具体的には、陽イオン交換樹脂を利用して鶏卵から卵白リゾチームを精製する。こうして自ら精製したタ
ンパク質を適当な結晶化条件のもとで結晶化を行う。さらに析出したリゾチーム結晶をキャピラリーに封入した後、Ｘ線を照射し静止写真を撮影する。また、すでに用意した回折データを処理することにより結晶の格子定数を決定し、さらに用意された電子密度に対しアミノ酸をあてはめていくモデリング操作をコンピュータグラフィクス上で行っていく作業を行う。なお、薬学実習Ⅲでは、学生を３グループに分け、担当教室が各グループを４日間のコースで履修させるものとしている。
大学院講義としては、「基礎薬科学特論Ⅱ」を清水が担当している。この講義では、生体分子のＸ線結晶構造解析法、NMR による構造解析と、蛍光法、質量分析法による高感度分析に関する講義と、天然有機化合物の生合成機構、ケミカルバイオロジーによる創薬に関する講義をオムニバス形式で行われる。分担では、構造生物学の基礎と応用として、タンパク質などのＸ線回折法による三次元構造の解析を、基礎理論から実際までを簡潔かつ系統的に示し、当教室での回折構造生物学の研究例も採りあげている。
さらに、隔年で行われる「生体分子解析学特論」を分担している。この講義は、Ｘ線結晶解析、
核磁気共鳴法、１分子蛍光イメージング法や生体分子の高感度分析法などの原理を解説し、生体分子の構造と機能の解析法と応用例を紹介するものである。分担では、４回の講義で、物質によるＸ
線の散乱と回折に関する理論的な基礎、結晶構造因子による電子密度の算出、Ｘ線回折の測定法、タンパク質結晶の性質、タンパク質の構造解析法まで、実際例を挙げながら、詳説している。
教室に所属する学部生と大学院生は、先に述べた研究に参加することによって、回折構造生物学の理論と技術はもとより、遺伝子組み換えや細胞培養の操作、培養装置による大量発現と最適化、分離精製、性状の評価などに関する操作、技術、解析法など、分子生物学、構造生物学、放射光科
学および機器分析学の理論と手法を実践的に習得している。さらに、コンピュータの利用、三次元
グラフィクスなど計算科学的なソフトウェアと機器の駆使についても身に付けさせている。
教室のセミナーでは、全員が月末に行われる実験報告にて進捗状況を報告し、さらにはおおむね半年に一度研究の進捗状況を報告する個人報告会を開催している。一方、研究に関連する最新の学
術文献の紹介発表とその検討が、「演習」として精力的に毎週行われる。研究報告では、実験資料を整理させ、目標の設定と発想、理論と方法の面でのアプローチ、結果の解釈と考察・評価を、正確なプレゼンテーションと緻密な討論を通じて行うよう指導している。大学院生による研究成果は、
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英文の学術誌等へ報告させ、また、日本蛋白質科学会、日本生化学会、日本結晶学会をはじめ、国際会議やシンポジウムなどでも積極的に発表させ、関係研究者との情報の交換と評価を仰いでいる。
また、タンパク質Ｘ線結晶学の理論的な背景を理解するため、毎週一回「タンパク質の X 線結晶解析法（ドレント著）」の輪読会を全員で行っている。

自己点検･評価
蛋白構造生物学教室は、薬学領域に於ける機器分析学、物理化学、構造科学と構造生物学の教育研究を担うものとして、回折法による構造科学と構造生物学の研究を展開してきた。我々の目標である「タンパク質をはじめとする生体高分子ならびにその複合体の立体構造を原子レベルで決定することによって、その分子機能と関連する生命現象を理解すること」を目指し薬学・医科学として重要なターゲットに向けた構造生物学的な研究を進めている。
今年度は構造解析を終了した研究テーマに関し、機能解析も含めて論文化することができた。また学会などにも積極的に参加し学生にも発表する機会を与えるよう考慮している。学内での共同研究も行っている。来年度はさらに研究を加速していき結晶化に成功しているものは早急に構造解析を行い論文発表していきたいと考えている。

学 術 論 文1)

Structural basis for activation of Toll-like receptor 7, a dual receptor for guanosine and single-stranded
RNA (2016)
Zhang, Z., Ohto, U., Shibata, T., Krayukhina, E., Taoka, M., Yamauchi, Y., Tanji, H., Isobe, T., Uchiyama,S., Miyake, K., and Shimizu, T.
Immunity 45, 737-748

2)

Regulation mechanism of the vitamin D receptor by vitamin D lactam derivatives
Asano L, Waku T, Rumi Abe R, Kuwabara N, Ito I, Yanagisawa J, Nagasawa K, Shimizu T (2016)
FEBS letters 590, 957-963

3)Structure of IZUMO1–JUNO reveals sperm–oocyte recognition during mammalian fertilization (2016)
Ohto U, Ishida H, Krayukhina E, Uchiyama S, Inoue N, Shimizu T
Nature 534, 566-569

4)

Crystal structure of NOD2 and its implications in human disease (2016)
Maekawa S, Ohto U, Shibata, T, Miyake, K, Shimizu T
Nature comm. 7, 11813

5)

NML-mediated rRNA base methylation links ribosomal subunit formation to cell proliferation in a p53dependent manner (2016)
Waku T, Nakajima Y, Yokoyama W, Nomura N, Kako K, Kobayashi A, Shimizu T, Fukamizu A
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J. Cell. Sci. 129, 2382-2393.
6)

Identification of a Human Toll-Like Receptor (TLR) 8-Specific Agonist and a Functional Pan-TLR
Inhibitor in 2-Aminoimidazoles (2016)
Beesu M, Caruso G, Salyer AC, Shukla NM, Khetani KK, Smith LJ, Fox LM, Tanji H, Ohto U, Shimizu
T, David SA.
J. Med. Chem. 59, 3311-3330

7)Structural aspects of nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2016)
Ohto, U. and Shimizu, T.
Biophysical Reviews 8, 33-43

8)

Autoinhibition and relief mechanism by the proteolytic processing of Toll-like receptor 8 (2016)
Tanji, H., Ohto, U., Motoi, Y., Shibata, T., Miyake, K., Shimizu, T.
Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 113, 3012-3017

9)Novel helical assembly in arginine methyltransferase 8 (2016)
Fuaki-Toma, S., Jun-Dal Kim, J.D., Park, K.E., Kuwabara, N. Shimizu, N., Krayukhina, E., Uchiyama,
S., Fukamizu, A., Shimizu, T.
J. Mol. Biol. 428, 1197-1208

10) Guanosine and its modified derivatives are endogenous ligands for TLR7 (2016)
Shibata T, Ohto U, Nomura S, Kibata K, Motoi Y, Zhang Y, Murakami Y, Fukui R, Ishimoto T, Sano S,
Ito T, Shimizu T, Miyake K.
Int Immunol. 28, 211-222
11) Analysis of the Fine-Tuning of Cyanobacterial Circadian Phase by Monochromatic Light and Long-Day
Conditions (2016)
Kobayashi T, Obana Y, Kuboi N, Kitayama Y, Hayashi S, Oka M, Wada N, Arita K, Shimizu T, Sato M,
Kanaly RA, Kutsuna S.
Plant Cell Physiol. 57, 105-114
12) 大戸梅治、清水敏之 (2016)
精子と卵の結合の構造基盤の解明
実験医学 34, 3036-3038
13) 清水敏之 (2016)
一本鎖核酸を認識する Toll 様受容体の構造解明およびその応用
薬学雑誌 136, 173-178
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14) 大戸梅治、清水敏之 (2016)Toll-like receptor による核酸の認識機構
化学と生物 54, 318-323

口頭発表・ポスター発表など
口頭発表

13 件（国際学会 8 件、国内学会 5 件）

ポスター発表10 件（国際学会 2 件、国内学会 8 件）

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◆ 微生物薬品化学教室 ◆教 授

関水 和久（せきみず・かずひさ）

昭和 49 年東京大学薬学部卒、昭和 54 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：九州大学薬学部教授、薬学博士

准教授

垣内

力（かいと・ちから）

平成 12 年東京大学理学部卒、平成 17 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科講師、薬学博士

助 教

濵本

洋（はまもと・ひろし）

平成 10 年九州大学薬学部卒、平成 14 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程中退、薬学博士
前職：（株）ゲノム創薬研究所主任研究員

助 教

松本 靖彦（まつもと・やすひこ）

平成 15 年明治薬科大学薬学部卒、平成 20 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

教 授

堀 昌平（ほり・しょうへい）

平成 5 年東京大学薬学部卒、平成 10 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：理化学研究所チームリーダー、薬学博士

研究の概要
微生物薬品化学教室は平成 28 年 3 月までを関水教授（現名誉教授）、４月から９月までを垣内准教授、10 月以降を堀教授が担当した。以下は関水教授、垣内准教授が担当した研究・教育内容と自己点検・評価である。
当教室では、細菌の病原性発現機構の理解、並びに、感染症治療薬を発見する方法論の開拓に関する研究を行っている。我々の方法論のユニークな点は、カイコを用いて、細菌の病原性や治療薬の評価を行うことである。カイコを用いることにより、従来マウスなどの哺乳動物を用いて行われてきた研究の、コストや動物愛護の観点から生じる問題を解決できると期待される。
昨年までに、カイコの細菌感染モデルでの治療効果を指標とした、新規抗生物質の探索を実施した。その結果、1 万 4 千株の培養抽出物から新規抗生物質ライソシンを発見した（図）。ライソシ
ンは、１分以内に 99.99％以上の黄色ブドウ球菌を殺菌する、優れた効果を有する。また、マウス
モデルにおいても治療効果を示し、毒性も低いことが分かっている。その作用機序について解析し、新しいメカニズムであることを見いだしている。現在、本抗生物質について、実用化研究を行って
いる。

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新規抗生物質ライソシン E の構造

黄色ブドウ球菌の病原性発現の分子メカニズムを明らかにする研究手法の一つとして、黄色ブド
ウ球菌のゲノム上に見出された機能未知遺伝子の中から、カイコに対する殺傷能力に必要な遺伝子を同定し、その機能の解明を行っている。その結果、カイコの半数を殺傷するために必要な菌数が野生株に比べて 10 倍以上に増加する機能未知因子の破壊株を見出し、この因子を CvfE と命名した。リコンビナント CvfE タンパク質は Mn2+, もしくは Co2+存在下においてヌクレオシド二リン酸である ADP, GDP, UDP, CDP, TDP を分解すること、ヌクレオシド三リン酸、一リン酸は分解しないことが判明した。アラニン置換変異を導入した変異型 CvfE タンパク質はヌクレオシド二リン
酸分解活性を失い、cvfE 破壊株に発現させても溶血毒素産生を回復しなかった。以上の知見は、ヌクレオシド二リン酸分解酵素が黄色ブドウ球菌の病原性発現に必要であることを示唆している。
松本靖彦助教らは、食後高血糖を評価するためのカイコを用いた新たな実験技術を開発した。カ
イコにショ糖を添加した餌を与えると、カイコの体液中のグルコース濃度が食後１時間以内に上昇することを見出した。ヒトなどの哺乳動物において、ショ糖は腸管内のα-グリコシダーゼによりグルコースとフルクトースに分解されて腸管から吸収される。カイコにおけるショ糖摂取後の体液中グルコース濃度の上昇は、餌にα-グリコシダーゼ阻害剤であるアカルボースやボグリボースを添加することにより阻害された。よって、カイコにおけるショ糖摂取後の体液中グルコース濃度の上昇は、α-グリコシダーゼを介しており、哺乳動物と類似していることが明らかとなった。この
カイコの食後高血糖モデルを用いて、ショ糖摂取後の血糖値の上昇を抑制する乳酸菌の探索を行い、Lactococcus lactis #Ll-1 株を同定した。#Ll-1 株の熱処理菌体画分は、α-グリコシダーゼ阻害活性を有していた。本研究で確立したカイコの食後高血糖モデルを用いて、α-グリコシダーゼ阻害活性を有する機能性乳酸菌の同定が可能であることが明らかとなった。本研究で同定された機能性乳酸菌を用いた食品が生活習慣病の予防に貢献すると期待できる。

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教育の概要
当教室ではこれまでと同様、教室所属の大学院生並びに学部４年の卒業実習生に対する研究者としての指導に重点を置いてきた。
個々の学生の研究遂行に対する教員としての毎日のアドバイスは、准教授の垣内、並びに助教の浜本、松本が担当した。学生が研究を遂行する際に、しっかりしたプロトコール（原記録）を書く
習慣をつけさせることは、当教室で最も重点をおいている教育項目である。特に、プロトコールに「目的」「方法」「結果」「考察」をきちんと書くことができるように学生に対してアドバイスすることが教員の最も重要な仕事であるとしてきた。
また、毎週１回のコロキウム（実験報告会）及びセミナー（論文紹介）は、教授の関水が担当した。コロキウムやセミナーでは、研究の新しさ、及び、意義を学生が自分の言葉で発表できるよう訓練した。また、発表者と聴衆である学生との質疑応答が、科学者間のやりとりとしてきちんとできるよう、アドバイスした。
学生に対する講義は、教授の関水・堀と准教授の垣内が分担して行った。学部学生に対しては、
関水・垣内が「微生物学・化学療法学」、堀が「免疫学」の講義を行った。

産 学 連 携教授の関水和久は、平成 12 年に、自らの研究成果を事業化することを目的として、株式会社ゲノム創薬研究所を設立し、産学連携に積極的に推進してきた。関水は東京大学から、この会社の顧問としての兼業を認可されてきた。この会社は、東京大学と「カイコ幼虫の病態モデルを用いた創薬基盤の開拓に関する研究」という研究題目で共同研究契約を締結し、現在も共同研究が進行している。また、ゲノム創薬研究所は、いくつかの学外の企業と共同研究契約を締結し、共同研究を実施している。カイコを使った自然免疫活性化試験を利用して発見した乳酸菌を使って福島県本宮市のヨーグルトメーカーが製造したヨーグルトは、「11/19-B1 ヨーグルト」として、通販で高い評価を受けている。また、このヨーグルトは「研 Q 室のヨーグルト」という製品名で、東京大学の構内で販売されており、人気商品となっている。

自己点検･評価
学生が将来研究者となることを自ら選択するようになるためには、自らの研究の新しさ、並びに、意義を自分で語ることができるようにさせることが必要である。しかしながら、これを達成することは容易ではない。当教室での学生の教育の成果に対する自己評価としては、概ねポジティブに考えている。しかしながら、正確な評価は、数年後の学生の進路、さらには、数十年後の研究者としての成長を見なければならない。

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学 術 論 文（１〜８、関水教授担当；９〜１５、垣内准教授担当；１６〜１７、堀教授担当）
1） Sekimizu K, Hamamoto H. Using silkworms as a laboratory animal to evaluate medicines and foods.
Drug Discov Ther 10: 1-2 (2016)
2） Ishii M, Matsumoto Y, Sekimizu K. Usefulness of silkworm as a host animal for understanding
pathogenicity of Cryptococcus neoformans. Drug Discov Ther 10: 9-13 (2016)
3） Matsumoto Y, Sekimizu K. Evaluation of anti-diabetic drugs by using silkworm, Bombyx mori,.Drug
Discov Ther 10: 19-23 (2016)
4） Hamamoto H, Sekimizu K. Identification of lysocin E using a silkworm model of bacterial infection.
Drug Discov Ther 10: 24-29 (2016)
5） Inagaki Y, Matsumoto Y, Sekimizu K. Using silkworms to establish alternative animal models forevaluation of drug-induced tissue injury. Drug Discov Ther 10: 40-43 (2016)6） Nishida S, Ono Y, Sekimizu K. Lactic acid bacteria activating innate immunity improve survival inbacterial infection model of silkworm. Drug Discov Ther 10: 49-56 (2016)7） Usui K, Nishida S, Sugita T, Ueki T, Matsumoto Y, Okumura H, Sekimizu K. Acute oral toxicity test ofchemical compounds in silkworms. Drug Discov Ther 10: 57-61 ( 2016)8） Paudel A, Hamamoto H, Panthee S, Sekimizu K. Menaquinone as a potential target of antibacterial
agents. Drug Discov Ther10: 123-128 (2016)
9） Kizaki H, Omae Y, Tabuchi F, Saito Y, Sekimizu K, *Kaito C. Cell-Surface Phenol Soluble Modulins
Regulate Staphylococcus aureus Colony Spreading. PLoS ONE. 11(10):e0164523 (2016)10） Imae K, Saito Y, Kizaki H, Ryuno H, Mao H, Miyashita A, Suzuki Y, Sekimizu K, *Kaito C. Novel
nucleoside diphosphatase contributes to Staphylococcus aureus virulence. J Biol Chem. 291(36):1860819 (2016) Paper of the Week11） Kochi Y, Miyashita A, Tsuchiya K, Mitsuyama M, Sekimizu K, *Kaito C. A human pathogenic bacterial
infection model using the two-spotted cricket, Gryllus bimaculatus. FEMS Microbiology Lett. 363 (15):fnw163 (2016)12） Miyashita A, Kizaki H, Sekimizu K, *Kaito C. Body-enlarging effect of royal jelly in a nonholometabolous insect species, Gryllus bimaculatus. Biology Open 5(6):770-6 (2016)13） *Suzuki T, Yamamoto T, Kaito C, Miyamoto H, Ohashi Y. Impact of psm-mec in Methicillin-Resistant
Staphylococcus aureus (ST764) Strains Isolated from Keratitis Patients. Microb Drug Resist. 22(7):589597 (2016)14） Miyashita A, Kizaki H, Sekimizu K, *Kaito C. No effect of body size on the frequency of calling andcourtship song in the two-spotted cricket, Gryllus bimaculatus. PLoS ONE 11(1): e0146999 (2016)15） Yoshikai H, Kizaki H, Saito Y, Omae Y, Sekimizu K, *Kaito C. Multidrug-resistance transporter AbcA
secretes Staphylococcus aureus cytolytic toxins. The Journal of Infectious Diseases 213(2):295-304(2016)
16） Zhang B, Chikuma S, Hori S, Fagarasan S, Honjo T. Nonoverlapping roles of PD-1 and FoxP3 inmaintaining immune tolerance in a novel autoimmune pancreatitis mouse model. Proc Natl Acad Sci U
S A 113: 8490-5 (2016)

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17） Ono T, Okamoto K, Nakashima T, Nitta T, Hori S, Iwakura Y, Takayanagi H. IL-17-producing
gammadelta T cells enhance bone regeneration. Nat Commun 7: 10928 (2016)

国 際 学 会1)

Kizaki H, Omae Y, Saito Y, Sekimizu K, ○Kaito C
Role of Cell Surface Phenol Soluble Modulins in Staphylococcus aureus Colony Spreading
17th International Symposium on Staphylococci and Staphylococcal Infections 韓国 2016 年 9 月 [ポスター]

招 待 講 演1)

垣内力
Microbe-host interactions revealed using the silkworm infection model
第 89 回日本細菌学会総会 シンポジウム、3 月 24 日

2)

垣内力
昆虫モデルを用いて解明する細菌の病原性発動システム
第 99 回日本細菌学会関東支部会総会 シンポジウム、10 月 6 日

4)堀昌平
制御性 T 細胞による自己免疫寛容のメカニズムとその破綻
千里ライフサイエンスセミナー“ワクチン、アジュバント開発研究の最前線”、11 月 15 日

5)堀昌平
Dissecting Foxp3-dependent mechanisms of regulatory T cell function
第 39 回日本分子生物学会年会 シンポジウム、12 月 1 日

6)堀昌平
制御性 T 細胞の多様性とその意義
第 16 回 LEGEND seminar、12 月 4 日

7)

堀昌平
Functional dissection of the Foxp3-centered molecular network in regulatory T cells
第 45 回日本免疫学会学術集会 シンポジウム、12 月 5 日

8)堀昌平
制御性 T 細胞とアレルギー
日本アレルギー学会 第 3 回総合アレルギー講習会、12 月 17 日

社会への貢献関水和久
１）特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメントセンター監事
２）独立行政法人日本学術振興会 特別研究員等審査会専門委員及び国際事業委員会書面審査員
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３）厚生労働省医薬食品局 薬事・食品衛生審議会臨時委員
４）厚生労働省医薬食品局 医道審議会専門委員
５）社団法人日本生化学会 理事 各種受賞等選考委員
６）公益社団法人日本薬学会 代議員
７）日本細菌学会 理事
８）公益財団法人微生物化学研究会 理事
垣内力
1) PLoS ONE, Editorial Board
2) 日本ブドウ球菌研究会 運営委員
3) 研究室紹介（三重県立松阪高等学校、私立明誠学院高等学校（岡山県）、東京都立南多摩中等
教育学校）
浜本洋
１）Drug Discovery and Therapeutics 誌 Managing Editor
２）東京農工大学 農学府 昆虫生理化学特論 非常勤講師
３）徳島大学 薬学部 創薬薬学３ 及び ケミカルバイオロジー共通演習 非常勤講師
４）東京大学 大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学特別講義 非常勤講師
松本靖彦
１）日本ポリアミン学会 広報委員
堀昌平
1) Frontiers in Immunology, Associate Editor
2) BMC Immunology, Associate Editor3) 日本免疫学会 評議員
4) 日本免疫学会 研究構想推進委員会委員
5) 岩手医科大学大学院薬学研究科 遺伝子機能解析学特論 非常勤講師、10 月 7 日
6) 横浜市立大学大学院生命医科学研究科 特別講義 非常勤講師、10 月 28 日

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◆ 協力講座（分生研）
・生体化学講座 ◆
教 授

橋本 祐一

(はしもと・ゆういち)

昭和 52 年東京大学薬学部卒、昭和 57 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学分子細胞生物学研究所助教授、薬学博士

准教授

石川 稔

(いしかわ・みのる)

平成 6 年東京工業大学生命理工学部卒、平成 8 年東京工業大学大学院生命理工学研究科修士課程修了
前職：東京大学分子細胞生物学研究所講師、博士（薬学）

講 師

藤井 晋也

(ふじい・しんや)

平成 12 年東京大学薬学部卒、平成 14 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：東京医科歯科大学生体材料工学研究所助教、博士（薬学）助 教

谷内出 友美(やちで・ともみ)

平成 14 年共立薬科大学薬学部卒
前職：東京大学分子細胞生物学研究所技術職員、博士（薬学）

助 教

山口 卓男

(やまぐち・たかお)

平成 15 年金沢大学工学部卒、平成 20 年大阪大学大学院薬学研究科博士後期課程修了
前職：大阪大学大学院薬学研究科特任助教、博士（薬学）

研究の概要
創薬に代表される「生物活性物質の創製」において、さまざまなコンセプトが提案され実践され続けている。低分子創薬に目を向けると、多くの場合、酵素や受容体などの機能性タンパク質が薬物受容体として設定される。そして、当該のタンパク質が独立したフィールドプレーヤーとして発揮する機能（または相互作用）を制御する低分子が創製されようとする。酵素阻害剤や受容体リガンド（アゴニスト・アンタゴニスト）、チャネルブロッカーなどがその例である。分子設計作業としては、標的とするタンパク質を剛体と見なし、その活性部位や機能調節部位に特異的に結合する分子を狙うのが古典的な常法である。しかし最近、特に抗菌剤や抗がん剤の領域においては耐性菌
や耐性がん細胞の出現、また多くの医療現場で行われる多剤併用療法時の薬物相互作用問題、など
から、単剤で複数の薬物受容体を標的にする“ショットガン（shotgun）アプローチ”あるいは“多重薬理（polypharmacology）技術”と呼ばれるコンセプトが提唱されている。従来の、ただ一種の薬物受容体をターゲットとするならば、活性物質の探索に用いる化合物ライブラリーとしてはフォーカストライブラリーが威力を発揮するはずである。しかし、ショットガンアプローチ・多重薬理技術において、アミノ酸配列的に互いに関連のない複数のタンパク質を同時に薬物受容体としてターゲットにする場合には、別の考え方で構築する化合物ライブラリーが要求される。これに対する一つの提案が、タンパク質の形を狙った“マルチテンプレート(multi-template)ライブラリー”であり、その有用性を実験的に実証すべく研究を遂行している。
一方、生体内においてタンパク質は個別に孤立して機能を発揮することはなく、その存在自体
が時間／空間依存的に制御されている。実際、細胞内／膜局在や寿命（存在時期･時間や、蓄積･消

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215 －

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失）の異常に基づく疾病は多い。当該の異常の多くは、分子基盤的には、「タンパク質のフォール
ディング（folding：３次元構造構築）の異常」に基づいており、結果としての病理的なフェノタ
イプは「フォールディング異常症」と呼ばれる。フォールディング異常症の治療薬開発においてはタンパク質固有の機能の制御のみを対象とした生物活性物質創製ではカバーできず、タンパク質の時空間的な存在状態を制御する生物活性物質を創製せねばならない。タンパク質の細胞内分解を誘導する小分子の創製（プロテインノックダウン：protein knockdown）ならびに、タンパク質のフォールディング異常に基づくトラフィッキング（trafficking）異常（細胞内局在の異常）を正常化・修正する小分子（ファーマコロジカルシャペロン：pharmacological chaperone）の創製、に関する研究を遂行している。
また、生物活性物質が医薬として利用されるためには、薬効以外の最適化も必要である。特に現代の創薬化学において、化合物の物性、特に溶解性は生物活性と同等のプライオリティーを有している。生物活性物質が薬らしく働くよう、創薬の後期で物性を最適化する新しい方法論、具体的には、低分子の水溶性向上策の提案と実証を行っている。加えて、創薬化学の新たな手法として、既存の分子構築法では困難な構造や物性を有する生物活性化合物の構築法の開発を目的に、ケイ素原子の特性を利用した元素化学的アプローチによる生物活性化合物の創製も行っている。
さらに、ある生物活性物質が細胞内（あるいは生体内）で実際にどのタンパク質と相互作用しているかを明らかにすることは、創薬標的の探索としてのみでなく生物学の発展においても大変重要な課題である。微量タンパク質のラベル化法の開発を通して、作用の標的を明らかにするための手法の発展にも取り組んでいる。
１：マルチテンプレートアプローチと多重薬理技術
ヒトのタンパク質は５万～７万種存在し、それらはさまざまなアミノ酸一次配列を持つドメイン構造からなる。一次配列は多様であるが、それら各々の化学的性質を無視してトポロジカルな形（フォールド構造という）だけに着目すると、わずか 1000 種ほどの立体構造（fold structuretype）に限られるとされている。このことから、ある一つのフォールド構造に適合する （小分子）構造をテンプレート［活性化合物のコア部分となる共通基本母核：スキャフォールド（scaffold）］に設定すれば、（各フォールド構造が平均的にすべてのタンパク質に分散しているとして）、50～70 種のタンパク質に対して親和性を有する化合物が創製できることになる。また、1000 種のテンプレートがあれば、それらでヒトのすべてのタンパク質に対する親和性化合物がカバーできることになる。各タンパク質に対する特異性は、当該タンパク質の化学的性質 （アミノ酸一次配列） を考慮して、設定したテンプレートに構造修飾を施せばよい。
マルチテンプレートライブラリー（図１）は、テンプレートとして固定した骨格（胴体）に対して、導入する置換基（手足）に多様性を持たせる古典的な構造展開による化合物集団といえる。これに対して、特定の標的に対しての構造最適化に威力を発揮するフォーカストライブラリーは、手足を固定して胴体に多様性を持たせる構造展開と言え、マルチテンプレートライブラリーと守備・適用範囲において相補的なはずである。生物（生理・病理現象）のロバストな側面を重視すれば、複数の標的を同時に狙う、上述の“多重薬理（polypharmacology）技術”が注目される。このアプ
ローチでは、「ある唯一の標的に特異的に相互作用するもの」、ではなく、むしろ「複数の標的と相互作用し、しかし、ある特定の不都合な因子とは相互作用しないもの」、が求められる。こうした

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場面においては、マルチテンプレートライブラリーが威力を発揮すると考えている。具体的には、サリドマイドをマルチテンプレートに設定した活性拡張による抗Ｃ型肝炎ウイルス活性化合物、各種核内受容体（PPAR、LXR、ER など）リガンド、各種酵素阻害剤やエピジェネティクス調節因子リガンド(ブロモドメイン阻害剤)の創製（図１）、あるいはジフェニルシラン骨格をテンプレートとした多重薬理型抗乳がん活性化合物やチューブリン重合阻害剤の創製などが挙げられる。
【マルチテンプレートライブラリー】

BRD4 inhibitor

α-glucosidase inhibitor

2015

Cl

OMe
HN
N

O

Cl

N

N
H

Cl

N
O

Cl

NOS inhibitor

2004

H2N

O

N

PSA inhibitor

COX inhibitor

2001-2002

MeO
MeO

O

N
O

n

n=0: CP0P
n=4: CP4P

N
O

AIB-0101

Tublin polymerization inhibitor

2012

Br
Br
O

Br

N

Br

N
H

O

O

Br

O

N
O O

2011

NH

5HPP-33O

HDAC inhibitor 2006

Thalidomide

O

O

HO

N

O

N
H

N

XIM-22O

Tryptase inhibitor

2010

O
O
N
H2N

N
O

2005

O

HO

N

ER ligand
HO

2004

O

Glycogen phosphorylase inhibitor
2009
N
O

N
OH
OH

LXR antagonist 2007

2008
CN

O

O
CN

PR ligandClO

S

5CPPSS-50

N
S

図１.サリドマイドをテンプレートとしたマルチテンプレートライブラリー
２：プロテインノックダウン
タンパク質品質管理機構の障害や変異・老化などの要因により、生理的に正しい三次構造が形成されていない、すなわちミスフォールドしたタンパク質の生成を伴う疾病をフォールディング異常症と総称している。フォールディング異常症の多くは難病であり、治療薬が全く存在しない疾病も多い。フォールディング異常症に対しては、前項で述べた「タンパク質自身が独立して発揮する機能」を念頭にするのではなく、「タンパク質の時空間的な存在状態」そのものを標的にした生物活性物質創製が有効な可能性があると考え、「特異的タンパク質のノックダウン」と「トラフィッキ
ング異常の修正」をフォールディング異常症の治療戦略として発信している。

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フォールディング異常症の中で、ミスフォールドしたタンパク質が凝集・蓄積するタイプのものについては、当該のタンパク質の分解・排除を誘導する小分子が有効な可能性がある。本目的のために、細胞が本来備えているタンパク質の分解・排除機構、すなわちユビキチン・プロテアソーム
系を積極的・人工的に利用することを考えた。ユビキチンリガーゼは、不要な基質タンパク質と結合してユビキチンを付加することにより不要なタンパク質をプロテアソームによる分解へ導くが、基質タンパク質の代わりに、標的のタンパク質とユビキチンリガーゼからなる非生理的な複合体を生理的な条件下で人工的に形成できれば、標的タンパク質の特異的なユビキチン化に引き続く分解を誘導することができ、プロテインノックダウン法と呼べる手法が確立できる。このようなアイデ
ア は 、 す で に 米 国 の グ ル ー プ が 2001 年 頃 か ら 採 用 し 、 “Protacs (proteolysis-targeting
chimeric molecules)”と総称した化合物をいくつか創製して一定の成功を収めている。Protacs
は、特定のユビキチンリガーゼに対して親和性を有する（主として）ペプチドと、標的とするタンパク質に対するリガンドとのハイブリッド分子である。同じ考えに基づくが汎用性のある有用な方法を開発しようとすると、ユビキチンリガーゼとして何を選択するかが一つの決定的な因子になる。
当研究室では、哺乳動物細胞に広く分布する IAP タンパク質がユビキチンリガーゼ活性を有し、かつメチルベスタチンに特異的に結合して自己ユビキチン化が誘導されるという報告に基づき、ユビ
キチンリガーゼとして IAP を、そのリガンドとしてメチルベスタチンを選択した。核内受容体や細胞内レチノイン酸結合タンパク質をはじめ、さまざまな標的タンパク質に対するリガンドとメチル
ベスタチンとのハイブリッド分子を設計・合成し（図２）、生細胞レベルで所望のプロテインノッ
クダウンが行えることを示した。加えて、これまで阻害薬が報告されていなかった標的タンパク質を生細胞中で減少させることにより、がん細胞の増殖も抑制することも示すことができた。

プ ロ テ イ ン ノ ッ ク ダウン 法
IAP

IA Pリ ガン ド - リ ガン ド
連結小分子

IAP
Ub

IA Pリ ガン ド

Ub
Ub
Ub
Ub
Ub

標的タ ン パク 質リ ガン ド
IA Pと 標的タ ン パク が IA Pが標的タ ン パク を人工的な複合体を 形成 特異的にユビ キチン 化

標的タ ン パクの分解

応用可能性
ケミ カ ルバイ オロ ジ ー

分子標的薬

タ グ融合タ ン パク 質標的
タ ン パク 質下流
タ ン パク 質化合物
IA P分解ー ＋ ー ー ＋
ー ー ＋ ー ＋
標的分解
標的/IA P分解 ー ー ー ＋ ー

がん
細胞増殖

cell$viability(%)

が
ん
細
胞
増
殖
抑
制
率

汎用性試薬

タ グリ ガン ド連結

図２. IAP とメチルベスタチンを利用したプロテインノックダウン
IAP : inhibitor of apoptosis protein、Ub : ユビキチン

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さらに、タグタンパク質リガンドとメチルベスタチンのハイブリッド分子が、タグ融合標的タン
パク質を汎用的に分解誘導できることを示した。また、ハンチントン舞踏病の原因とされる変異ハ
ンチンチン等の凝集性タンパク質に対してもその分化を誘導出来ることを示した。
３：ファーマコロジカルシャペロン（pharmacological chaperone）
ニーマン・ピック病Ｃ型や網膜色素変性症などの原因となる変異ミスフォールディング性タンパ
ク質に対して、それらに結合するリガンドを各々に対するファーマコロジカルシャペロンとして応用することで、異常タンパク質の正常なフォールディングを誘導しトラフィッキング異常を修正するというアプローチで構造展開研究を展開した。
ニーマン・ピック病Ｃ型は、コレステロールのエンドソームへの蓄積を特徴とする遺伝性・難治
性の神経変性疾患である。「脳が消えて無くなる病気」とも言われ、現時点で根治療法は存在しない。その 95%はコレステロール輸送に関わるエンドソームの膜タンパク質 NPC1（Niemann-Pickdisease, type C1）の変異により起こる。ニーマン・ピック病Ｃ型に見られる代表的な変異の一つである I1061T 変異体は、フォールディング効率が低下しているために小胞体の品質管理機構が「正しい構造」ではないと認識・トラップし、最終的に分解される。そのため本来機能する場であるエンドソームの NPC1 が不足し、結果として機能欠損が起こる。これまでに、NPC1 変異体に直接結合して変異体を安定化しそのフォールディング効率を向上させる化合物を見出し報告してきた。
このような作用を持つ化合物はファーマコロジカルシャペロンと呼ばれるが、これは NPC1 に対する初のファーマコロジカルシャペロンになる。見出した化合物は、ニーマン・ピック病Ｃ型の患者
由来細胞におけるコレステロール蓄積を緩和したことから、新たな治療法の提案に直結すると考えている。
加えて今回の研究では、NPC1 には従来知られていたステロール結合部位の他に、もう一カ所、第二のステロール結合部位が存在することを明らかにした（図３上）。NPC1 がエンドソームからのコレステロール輸送に必須であることは明確だが、ステロールがどのように膜を通過しているかは未解明である。新たに見出したステロール結合部位は、膜を隔てた輸送に関わる可能性があり、NPC1 によるステロール輸送機序の分子機構を明らかにすべく解析を進めている。
さらに、ファーマコロジカルシャペロンが示す局在修正は、創薬におけるリガンドスクリーニン
グに応用できる可能性がある。すなわち、化合物添加によって標的タンパク質の局在が修正されれば、その化合物は標的タンパク質リガンドとして作用している可能性がある。標的タンパク質として NPC1 のホモログ NPC1L1（Niemann-Pick C1-Like 1）を選択し、ファーマコロジカルシャペロ
ン作用をスクリーニングに用いることを検討した。NPC1L1 は、コレステロールを細胞内に輸送する膜タンパク質であり、脂質異常症治療薬の標的として注目されている。従来は既知リガンドエゼ
チミブとの競合を指標としたスクリーニングが行われていたことから、エゼチミブと異なる部位に結合する化合物は見出されていなかった。最初に、トラフィッキング異常を示す NPC1 変異体を参考に、小胞体に滞留する NPC1L1 変異体を人工的に作成した。この変異体の局在を指標に化合物をスクリーニング・構造活性相関解析を実施し、NPC1L1 変異体の局在を修正するステロイド型化
合物を創出することができた（図３下）。なお、エゼチミブではこの局在を修正できなかった。膜タンパク質 NPC1L1 を局在修正する化合物が得られたことから、膜タンパク質を精製することなく、細胞レベルでリガンドスクリーニングができる可能性を示すことができたと考えている。

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図３. ファーマコロジカルシャペロンの応用（上）結合部位の発見、（下）リガンドスクリーニング

４：物性最適化に対する新しい方法論
創薬の最適化研究とは、リード化合物の構造展開により、生物活性化合物を薬らしく仕上げる過程である。最適化研究においては薬理活性の他に、体内動態、物性、安全性、製造法、特許性など
が「薬らしさ」の重要な要素として挙げられる。アカデミア創薬においては、最適化研究の過程が「死の谷」として認識されている。それ故、最適化研究の改善は、大学発創薬研究の重要な使命と言える。
化合物の水溶性は、薬らしさの要素全てに影響を与える重要な物性である。化合物の水溶性を向上させる新しい戦略として、化合物を非平面・非直線に構造展開することにより、結晶を柔らかくして（分子間相互作用を減少させて）水溶性を向上させる方策が考えられる。結晶の柔らかさと脂溶性・水溶性のバランス（LogP値）は独立していることから、この方法を用いれば水と有機溶媒に対する溶解度を同時に向上することも可能である（図４）。つまり、化合物の吸収・分布・代謝・毒性などに重要であるLogP値と独立して水溶性を向上することが可能であり、創薬後期に本法が活用させることを期待している。

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分子設計

二環性分子の平面性・ 直線性を 崩壊さ せる・ オルト 位に置換基導入（ 二面角の増大）
・ パラ 置換から メ タ 置換へ変換
非平面化
屈曲化

分子間
相互作用
融点

高

低

水溶性

低

高

図４. 非平面性／非直線性の付与による溶解性の向上

５：元素化学的アプローチによる生物活性分子創製
元素の特性を活かした創薬化学は、古典的な課題でもある。 従来、医薬品をはじめとする生物
活性化合物のほとんどは、炭化水素を基盤とし、ヘテロ原子として酸素、窒素、硫黄、ハロゲン等、限定された元素を用いて構築されてきた。しかしながら、種々の元素はそれぞれに特徴的な有用性を有しており、様々な元素を用いた生物活性分子創製法の探索は、従来の分子構築法では創り得な
い新規性の高い生物活性化合物の創製につながると期待される。また、芳香環に過多に依存した従来の生物活性化合物構築法は、その平面性の高さや構造の類似性ゆえに、溶解性や選択性など現代の創薬における種々の問題の解決には力不足であるとも言われる。そのため、元素化学的アプロー
チによる生物活性分子構築法の開発は、現在の創薬化学においてもまた重要な課題と言える。

図５．元素化学的アプローチによる生物活性化合物の創製

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これまでに、疎水性ホウ素クラスターを用いた球状骨格を有する新規核内受容体リガンドの創製や、高周期１４族元素であるケイ素、ゲルマニウムの性質を応用した種々の生物活性化合物を創製している。中でも、炭素のケイ素への変換は元素化学的アプローチとして最もシンプルなものの一つであるが、結合長の伸長や疎水性の増大、近接ヒドロキシ基の酸性度の増加などの物性変化により、活性や選択性などのプロファイルが大きく変化しうることを示してきた。また、炭素—炭素二重結合を原子半径の大きなケイ素官能基に交換することにより、構造および活性を維持しつつリード化合物の二重結合の不安定性や代謝安定性を改善しうることも示した。様々な元素の性質を有効に利用したアプローチは、生物活性化合物創製の新しいオプションとして有効であると期待しており、さらなる展開を検討している。
６：標的タンパク質同定法の開発
様々な技術革新があったにも関わらず、特定のタンパク質を標的とした target-based 創薬の成功確率は依然として低いままとなっている。そのため、近年では表現系を指標とする phenotypebased 創薬の価値が見直されつつある。数十万種類にも及ぶ化合物のライブラリーから表現系に基づいてヒット化合物を見出した場合、合理的に創薬研究を展開させる上で、やはり標的タンパク質の同定（作用メカニズムの理解）が必要不可欠となる。しかし、生きた細胞内でヒット化合物が実際にどのタンパク質と相互作用しているか、これを明らかにすることは決して容易ではない。特に、標的タンパク質が“微量”であったり、“複数”であったり、あるいは“複合体を形成”している
場合には、その同定は著しく困難になる。そこで、そのような場合にも対応しうる新しい標的タン
パク質同定法の開発に取り組んでいる。これまで、細胞内の微量標的タンパク質を高感度に検出・同定するための手法として「アジドフタルイミドを用いた発蛍光型光アフィニティーラベル化法」を提案し、その実用性を明らかにしてきた（図６）。類似の考え方に基づき、現在いくつかの発蛍光性反応基を見出している。

図６. アジドフタルイミド型アフィニティーラベル化法の概要

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教育の概要学部および大学院で担当する講義では、いずれも生物有機化学的な内容を基盤とした基礎分子医
薬化学に関する講義を行っている。到達目標は、最も求められるであろう医薬のシーズを探索・開発し、それを開発候補にまで質を高めるといった一連の高度なプロセスのための学際的・基礎的・論理的基盤を確立し、生命現象の分子レベルでの理解を深めるべき研究ないし知的活動を展開しうる研究者ないし知的リーダーの育成においている。
研究室内における研究指導においては、ますますその制圧の重要性が高まるであろう、がん・エイズなどの遺伝子性疾患やリウマチ・アレルギーなどの免疫性疾患、高脂血症・糖尿病・肥満などに代表される生活習慣性疾患はもとより、これまでの「薬物受容体が独立して発揮する固有の機能の制御」という立脚点ではカバーできない、治療薬開発の観点からは大幅に立ち遅れていたフォー
ルディング異常症をも念頭に、細胞の増殖・分化の化合物による制御、化合物による疾病関連因子
群の制御・修飾、タンパク質の時空間依存的存在状態の制御、という事象を主たる研究対象に置いている。基礎学問的には、現代生物学の中心課題である、細胞増殖・分化や遺伝子発現の化合物による特異的調節機構、免疫応答の化学調節などを対象としつつ、サイトカインをはじめとする様々な体液因子の生産・機能の化学制御による、体内環境のコントロールを目指した研究の展開を通じての教育活動である。有機化学を立脚点とし、上記目的のために有機合成化学・タンパク質化学・
生化学・分子細胞生物学を組み合わせ融合させた研究手法を取っている。
具体的には、リードとなる鍵化合物を天然物や合成化合物に求め、その構造を展開して新規活性物質のデザインと合成を行っている。また、得られた活性物質をツールに用いたケミカルバイオロ
ジー的研究を行っている。これまで、特異的遺伝子の発現を制御する各種核内受容体リガンドおよび免疫調節剤（特に腫瘍壊死因子を中心とするサイトカイン産生系を修飾する化合物群）のデザイ
ン・合成・活性評価・開発研究を展開してきた。
当研究室では実験報告会（リサーチ）と論文紹介（コロキウム）を毎週実施している。また各自の実験の進捗状況報告会も毎週行い、論理的に考えること、他者にわかりやすくまとめて説明する
こと、将来を見据えた計画性をもって実験を遂行することの訓練を行っている。

自己点検･評価
科学研究が、｢科学技術創造立国」という言葉に見られるように、｢技術的・実用的・産業直結
的・経済効果直結的・便利追求的」な方向性に偏重しているように見えることを懸念している。また、「当該学問の進歩のため」といった自己目的的な研究も、暴走する可能性を帯びており危険である。科学研究成果が人々の生命観・宇宙観・道徳観・人生観に与える影響が甚大であることを認識すれば、学術的科学研究は確実な目的を持ったものであるべきで、それは「平和で調和のとれた社会の形成、健康的な（地球）環境の維持育成」以外になく、それは必ずしも「技術的・実用的・産業直結的・経済効果直結的・便利追求的」ではない場合も多いはずである。
このような立場から、本研究分野では、生命が個々の遺伝子産物の機械的集合（ゲノム決定論・機械論）ではなく、互いが相互に依存しあうシステムとして捉える姿勢（システム論・構造主義生物学）を重要視している。本姿勢の重要性は世界の多くの著名研究者が主張するところでもあり、

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その多くは本姿勢の科学研究における確立は「脳や免疫システム」の研究を通じてなされることを予言しているが、「創薬研究」を通じて確立されても何ら不思議はない。
「知の創造機関たる大学」
における科学研究として、このような立場で行う研究も充分に尊重されるべきであると考えている。
************************************************************************************

学 術 論 文(1)

Hirozumi Toyama, Shoko Sato, Hitoshi Shirakawa, Michio Komai, Yuichi Hashimoto,and Shinya Fujii:
Altered activity profile of a tertiary silanol analog of multi-targeting nuclear
receptor modulator T0901317.

Bioorg. Med. Chem. Lett., 26(7): 1817-1820 (2016).
(2)

Shusuke Tomoshige, Yuichi Hashimoto, and Minoru Ishikawa:
Efficient protein knockdown of HaloTag-fused proteins using hybrid molecules
consisting of IAP antagonist and HaloTag ligand.

Bioorg. Med. Chem., 24(14): 3144-3148 (2016).
(3)

Michiaki Hiramatsu, Yuki Ichikawa, Shusuke Tomoshige, Makoto Makishima, Atsuya
Muranaka,

Masanobu

Uchiyama,

Takao

Yamaguchi,

Yuichi

Hashimoto,andMinoruIshikawa:
Improvement of aqueous solubility of retinoic acid receptor (RAR) agonists bybending the molecular structure.

Chemistry Asian J., 11(15): 2210-2217 (2016).
(4)

Tomomi Noguchi-Yachide:
BET bromodomain as a target of epigenetic therapy.

Chem. Pharm. Bull., 64(6): 540-547 (2016).
(5)

Seika Amemiya, Takao Yamaguchi, Taki Sakai, Yuichi Hashimoto, and Tomomi NoguchiYachide:
Structure-activity relationship study of N6-benzoyladenine-type BRD4 inhibitors andtheir effects on cell differentiation and TNF-α production.

Chem. Pharm. Bull., 64(9): 1378-1383 (2016).
(6)

Shogo

Okazaki,Tomomi

Noguchi-Yachide,

Taki

Sakai,

MinoruIshikawa,

MakotoMakishima, Yuichi Hashimoto, and Takao Yamaguchi:
Discoveryof

N-(1-(3-(4-phenoxyphenyl)-1,2,4-oxadiazol-5-yl)ethyl)acetamides

asnovel acetyl-CoA carboxylase 2 (ACC2) inhibitors with peroxisome proliferatoractivated receptor α・δ (PPARα・δ) dual agonistic activity.

Bioorg. Med. Chem., 24(21): 5258-5269 (2016).
(7)

Shogo Okazaki, Ryuta Shioi, Tomomi Noguchi-Yachide, Minoru Ishikawa, Makoto
Makishima, Yuichi Hashimoto, and Takao Yamaguchi: Structure-activity relationshipstudies of non-carboxylic acid peroxisome proliferator-activated receptor α ・ δ(PPARα・δ) dual agonist. Bioorg. Med. Chem., 24(21): 5455-5461 (2016).

－－10－
224 －

目次へ

(8)

Ayumi Yamada, Yuko Kazui, Hiromasa Yoshioka, Aya Tanatani, Shuichi Mori, Hiroyuki
Kagechika, and Shinya Fujii:
Development

N-(4-phenoxyphenyl)benzenesulfonadmideofderivatives

as

novel

nonsteroidal progesterone receptor antagonists.

ACS Med. Chem. Lett., 7(12): 1028-1033 (2016).
(9)

Shinya Fujii:
Expandingthechemical

space

of

hydrophobic

pharmacophores:

the

role

of

hydrophobic substructures in the development of novel transcription modulators.

Med. Chem. Commun., 7(6): 1082-1092 (2016).
(10) Sayaka Nomura, Kaori Endo-Umeda, Makoto Makishima, Yuichi Hashimoto, and Minoru
Ishikawa:
Development of tetrachlorophthalimides as liver X receptor β (LXRβ・・selective
agonists.

ChemMedChem, 11:(20) 2347-2360 (2016).
(11) Kosuke Chiba, Yuichi Hashimoto, and Takao Yamaguchi:
Dichloromaleimide (diCMI): a small and fluorogenic reactive group for use inaffinity labeling.

Chem. Pharm. Bull., 64(11): 1647-1653 (2016).
*************************************************************************************

受 賞
(1)

藤井晋也：
新たな構造基盤を有するビタミンＤ受容体リガンドの創製．
平成 28 年度日本ビタミン学会奨励賞（2016.6.17）

(2)

橋本祐一：
Structural and functional development of retinoids/steroids．
Ohdang Distinguished Lectureship Award（韓国薬学会 70 周年記念秋季大会）（2016.10.19）

(3)

友重秀介：
Hungtingtin タンパク質を減少させる SNIPER 化合物の創製．
日本薬学会第 136 年会（横浜）学生優秀発表賞（2016.3.31）

－－11－
225 －

目次へ

◆ 分子薬物動態学教室 ◆教 授（薬学博士） 楠原 洋之（くすはら・ひろゆき）
平成 7 年東京大学卒、平成 9 年同大学大学院薬学系研究科修士課程修了

講 師（薬学博士） 前田 和哉（まえだ・かずや）
平成 11 年東京大学卒、平成 14 年同大学大学院薬学系研究科博士課程中退

助 教（薬学博士） 林 久允（はやし・ひさみつ）
平成 15 年東京大学卒、平成 18 年同大学大学院薬学系研究科博士課程中退

助 教（薬学博士） 水野 忠快（みずの・ただはや）
平成 21 年東京大学卒、平成 26 年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了

研究の概要
生命は生体内における物質の質的な変化、量的な流れの微妙な調節によって保たれている。薬物の作用もまた生体内の薬の動きによって大きく影響を受ける。試験管の中では薬理作用を持つ化合物も、生体内に投与した場合には必ずしも期待される効果が得られない事があるのは周知の事実である。これは投与された化合物の濃度や暴露時間を十分確保できないためである。従って、生体内での薬の動きを予測し、薬効が期待できるのかどうか早い段階で評価する方法論の開発は、医薬品開発のリスクを大きく軽減することができる。また、薬の排泄経路についても、単一の消失経路では薬物間相互作用や遺伝子多型など個人差の影響を受けやすいため、複数の排泄経路を持つ医薬品を開発することが、より安全な医薬品による疾病治療には必要である。その上で、標的臓器に選択的に薬を分布させるようなドラッグデリバリーシステ
ム(DDS)を開発し、薬の体内動態を制御することで、医薬品による疾病治療の効率が飛躍的に上昇することが期待される。当研究室では、これを最終目標におき、薬の体内動態における支配要因の解析、特に生体膜透過機構の解明を行っている。これまで、医学、薬学の分野では、個体レベルでの現象の本質（機構）を理解するために、臓器、細胞、蛋白、遺伝子レベルへと遡る解析的な研究が推進され、大いなる成果をあげてきた。しかしながら、こうして解明された分子レベルでの機構をもとに、個体レベルでの現象を定量的に再構築する事を可能にするような方法論が開発されない限り、“効果と安全性の予測と制御”という上記の目的を果たすことはできない。医薬品が最終的に薬効を発揮するためには、(1)投与部位から循環血中への吸収過程、(2)代謝、排泄などの解毒過程、(3)薬効、副作用に関わる組織への移行過程、(4)薬効に関わる受容体への結合、それに続く薬効発現などの諸過程を経なければならない。これらの諸過程は、臓器血流、細胞内外の pH 差、電位差などの生理解剖学的パラメータと、血中、組織中の蛋白への結合性、生体膜透過性、輸送担体（トランスポーター）および代謝酵素と薬物の相互作用、薬効および副作用に関わる受容体への結合、情報伝達過程などを表す生化学的パラメータにより表現することが可能である。従って、これらパラメータを適切な数学モデルに組み込むことにより、“薬の投与量、投与経路”、“投与される患者の病態”という入力情報から、“薬効および副作用の発現”という出力を予測する事を試みており、既にいくつかの成功例を得ている。実際に動いている実験手法は、細胞生物学、分子生物学の研究室と同様のものが多いが、その背景となっている“生体内でのダイナミックな薬物分子、蛋白分子の動きを定量的に解析する”という基本理念において、他の研究室との違いがあると考えている。現在、具体的に進行している研究テーマは下記の７つに分けることができる。
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１．生理学的薬物速度論モデルによる薬物体内動態予測法の確立
薬物の血中濃度時間推移は、１）肝での代謝、排泄クリアランスおよび腎での排泄クリアランス、２）種々の組織への分布の程度（分布容積）により記述することができる。これらパラメータを、種々の in vitro 実験系（単離細胞膜、遊離細胞、灌流臓器）で得た測定値（代謝、輸送、結合）をもとに、生理解剖学的パラメータと統合し、適切な数学モデルを用いて予測する方法論を開発している。肝クリアランスや肝取り込み、胆汁
中排泄クリアランス、消化管吸収クリアランスなどについては動物種差が大きいため、ヒト凍結肝細胞、胆管
側膜ベシクル、肝ミクロソーム、P450 やトランスポーターの発現系などを用いた in vitro 輸送実験、代謝実
験で得られたデータをもとに、ヒト体内動態を予測することを試みている。近年、種々の薬物間相互作用に基づく副作用の発現が問題となっており、医薬品開発においてそのリスクを定量的に予測することは重要な課題となっている。薬物間相互作用により変動する体内動態の要因としては、薬物の吸収、血漿蛋白結合、トランスポーターによる生体膜透過、および代謝が挙げられる。現在、主に代謝、排泄における薬物間相互作用を、in vitro 実験に基づいてできるだけ精度よく予測するための方法論について検討している。こ
うした研究は、最終的には副作用の少ない医薬品の開発、使用法の確立につながるものであり、“薬学研究”に関わる者としての使命を感じながら研究を進めている。
生理学的薬物速度論モデルを用いた解析では、得られるデータに対して推定すべきパラメータの数が多いことがあり、信頼性を持った解析を行うことが困難であった。生理学的モデル解析の効率・信頼性の向上を目指し、新規の許容解分布推定法である Cluster Newton Method (CNM)を導入した。本方法論の導入により、モデル内のパラメータの初期値の自由度を極めて広くとることにより、これまで単一の初期値のごく近傍でしか探索できなかった単一解ではなく、解集団として求めることを可能とした。トランスポーターを介した薬物間相互作用の典型例である、ピタバスタチンとシクロスポリン A の相互作用を本方法で解析した
所、比較的広い初期パラメータ範囲から、
ピタバスタチンを輸送するトランスポータ
ーの固有クリアランスと、それに対するシク
ロスポリン A の阻害強度が精度よく推定され （図１）、このモ デル上で用いるべき
cyclosporin

AのOATP1B1 に対する阻害定数(Ki)は、あら

図１：Cluster Newton Method を用いた薬物間相互作用解析の結果

かじめ阻害薬を OATP1B1 発現系細胞と preincubation した条件下で求められた Ki 値を用いないと臨床事象が説明できないことを実証した。さらには、代謝酵素を介した薬物相互作用のモデル解析において、親化合物の阻害薬による血漿中濃度上昇のデータのみからでは、基質が特定の代謝経路で代謝される割合(fm)と、阻害薬の Ki 値の分離評価は困難であったが、代謝生成物の挙動も CNM により同時解析を実施することで、fm, Ki を精度よく分離評価することに成功した。このように、CNM の利用により、恣意性をおかずして、数理モデルのパラメータを決定できることから、in vitro から in vivo への補外の妥当性評価や、新たな
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現象に対する精度よいモデル解析への活用が期待される。このような技術開発を行うと共に、今後も解析事例を積み重ねることにより、最終的には、創薬過程における数理モデルの活用の障壁を下げて、新薬開発の加速化に貢献することをモチベーションにして、研究に励んでいる。
２．薬物の血液脳関門・血液脳脊髄液関門透過機構の解明および脳内動態予測法の確立
In vivo での脳内動態を予測するためには、血液と中枢とのインタフェースである血液脳関門・血液脳脊髄液関門を介した薬物輸送能力を知ることが必要である。血液脳関門・血液脳脊髄液関門の関門機構はそれぞれ内皮細胞間あるいは上皮細胞間に形成されているタイトジャンクションなど解剖学的特徴に由来するものと解釈されてきた。最近の速度論的、分子生物学的研究により、”いったん脳毛細血管内皮細胞内に取り込まれた薬物が、P-glycoprotein(P-gp)などのトランスポーターにより能動的に血液中に汲み出される結果、みかけ上正味の脳移行が制限されている”ことが明らかにされている。トランスポーターや代謝酵
素など異物解毒機構の基質認識特性を利用することで、関門の薬物透過性を制御できると考えている。
脳内薬物濃度は、血液脳関門における薬物輸送と血液脳脊髄液関門における薬物輸送により決定される。脳脊髄液中薬物濃度は、特に脳内遊離形薬物濃度の指標として利用もされている。そこで、脳脊髄液
中薬物濃度と脳内遊離形濃度との関係を明らかにすることは重要である。両者の乖離がもっとも大きくなる
要因は、血液脳関門における能動輸送であることをすでに明らかにしている。そこで、強制発現系を用いて in vitro で、トランスポーターによる能動輸送を測定し、スケーリングファクターにより in vivo へ外挿する。
そのほか、生理的・解剖学的パラメータを用いたコンパートメントモデルを用いて、実測値に対するパラメー
タ最適化を実施した。その結果、P-gp や Bcrp の選択的基質ならびに dual 基質も含めて、脳内遊離形薬
物濃度および脳脊髄液中薬物濃度を説明することができることを示した。
中枢作用薬の中枢神経系における薬剤応答は、標的分子の占有率によって規定される。この占有率は、
血液中濃度の時間推移（脳への曝露）、血液中での非結合型薬物分率、血液脳関門透過性、脳実質内での非結合型薬物分率、標的分子との複合体形成ならびに乖離に関するパラメータで 決定される 。 Positronemission

tomography (PET)により、

図２：薬物による脳受容体占有率を決定する速度論パラメータ

薬剤投与時の PET 分子プローブの放射活性の減弱により標的部位における受容体占有率（RO）が計測されている。臨床データ（血液中濃度の時間推移）ならびに in vitro データを統合することで、この RO を再現することができるはずである（図２）。実際に、統合失調症等の疾患治療に用いられる D2 受容体拮抗薬を用いて、ボトムアップアプローチにより中枢神経系における RO を説明できることを実証した。本モデルを用いて、相互作用し得る他の受容体に対する RO も説明可能であった。抗アレルギー薬である H1 受容体拮抗薬についても観察と実測値の一致が認められた。Bepotastine や olopatadine では、観測された RO よりも高い値を示すことが示唆され、臨床試験による検証試験が必要である。また、本研究を通じて、脳細胞間液と血漿中遊離形濃度比に顕著な種差が存在することが認められた。マウスやラットなどげっ歯類では濃縮が
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認められる物の、サルでは認められていない。種差を生じる要因は不明であり、中枢薬の開発のためには更なる研究を必要とする。
血液脳関門に発現する Multispecific トランスポーターである Oatp1a4 の基質認識特性には種差が存在
し、カチオン性薬物の輸送活性はヒトの方が顕著に高い。そこで、CRISPR Cas9 システムを用いて、マウス
Oatp1a4 遺伝子をヒト OATP1A2 遺伝子に置換した遺伝子改変マウスを作出した。ヒト OATP1A2 遺伝子はOatp1a4 同様、血液脳関門特異的な発現が認められ、一部の薬物に対して野生型マウスよりも高い血液脳関門透過性を示した。現在、マウス血液脳関門における発現量を LC-MS/MS により測定し、ヒト代替モデルとしての有用性を検証している。
３．薬物の肝臓への取り込み、胆汁排泄機構の解明と薬物動態に与える影響の定量的予測
肝臓が薬物の主な解毒臓器である事を考えると、薬物の肝臓への取り込み、胆汁排泄機構を解明することの重要性は言うまでもない。当教室では既に種々のアニオン性、カチオン性化合物の肝への取り込みに能動輸送機構が関わる事を速度論的手法により明らかにしてきた。現在では、げっ歯類やヒトにおいて医薬品の肝臓での異物解毒において重要な役割を果たす一連のトランスポーターの全貌が明らかになりつつある。例えば、有機アニオン性化合物の肝取り込みには、主に OATP ファミリーの各トランスポーター、胆汁酸に関しては、主に Na+-taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP)が、また有機カチオン化合物の輸送には、organic cation transporter(OCT)ファミリーが重要な寄与を果たしている（図３）。一方で、有機アニオン系化合物の胆汁排泄機構には、ATP の加水分解に直接共役した種々の一次性能動輸送担体の関与が明らかとなっている（図３）。かつて当研究室では、自然発生
的 に 見 出 さ れ た 系 統 の ラ ッ ト （ Eisai
Hyperbilirubinemic rat (EHBR)）において高ビリルビン血症を呈する原因として、
multidrug resistance-associated protein
2 (MRP2)遺伝子のナンセンス変異を見出し、この排泄トランスポーターの cDNA

図３：ヒト肝臓における薬物の異物解毒に関与しうる
主な薬物トランスポーター

クローニングに成功した実績を有する。現
在では、MRP2 は構造的に非常に多様な有機アニオン性化合物を認識し、薬物や内因性物質の胆汁排泄に重要な役割を果たしていることも明確となっている。他にも、有機カチオンや中性の化合物の輸送に関わる P-gp、種々の胆汁酸を認識する bile salt export pump (BSEP)や、breast cancer resistance protein(BCRP)などが同定されている。特に BCRP は、当教室での検討により、種々の硫酸抱合体を特に良好な基質とすることを、in vitro 実験やノックアウトマウスを用いた in vivo 薬物動態解析から明らかにしてきた。
当研究室では、遺伝子発現哺乳類細胞を用いた各トランスポーターの機能解析、基質特異性の解析を行い、種々の薬物動態における各トランスポーターの寄与率を定量的に評価する方法論の構築、検討を進め、同様に肝臓に濃縮的に取り込まれる薬物であっても、そこに関わる分子とその寄与率は多様性があることを明らかにしてきた。また、複数の肝トランスポーター基質に関して、in vitro 肝細胞取り込み実験の
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結果得られた取り込みクリアランスを元にして in vivo 肝固有クリアランスを予測したところ、ラット・ヒト両方において良好な予測結果が得られることを報告しており、ヒト凍結肝細胞を用いた肝胆系輸送の予測が成立することを実証してきた。さらには、近年、多くの薬物について代謝酵素とトランスポーターの両方の基質となる薬物が報告されてきている。このような場合における肝臓における異物解毒効率の決定要因としてのトランスポーター機能の相対的な重要性を明確にすべく検討を進めてきた。その結果として、in vitro 実験においては、複数のスタチン系薬剤において肝固有クリアランスの予測を行った際に、in vitro 代謝クリアラン
スから予測するよりは、肝取り込みクリアランスから予測した方が、in vivo クリアランスの予測精度が高いことを示し、取り込み過程が、全体の肝固有クリアランスの律速段階となっている可能性を示した。ヒト in vivo 臨
床試験で明確にすべく、CYP3A4, OATP1B1 両方の基質となる薬物と、CYP3A4 阻害剤として itraconazole
を、OATP1B1 阻害剤としてリファンピシンを併用した試験を、健常成人を対象として実施している。
４．薬物間相互作用の分子機構の解明および相互作用リスクの定量的な予測法の確立
通常、臨床での薬物治療を考えた場合、単剤による治療よりむしろ複数の薬物が併用投与されるケースが多く、時として予期せぬ作用減弱や副作用発現が見られるケースがある。我々は特に、薬物動態学的相
互作用、すなわち薬が作用標的部位（レセプターなど）での濃度推移を支配する各段階（代謝酵素、トラン
スポーター）における相互作用に着目し、In vivo での相互作用を定量的に評価しうる in vitro 実験系の構築を目指して研究を進めてきた。
薬物間相互作用の予測において、創薬の初期段階では、対象としている薬物の体内動態パラメータに関する情報は極めて限られており、それ故、簡便な予測法が望まれる。その上、リスクの早期把握の観点から false-negative な予測を避ける方法としては、阻害剤の理論上最大濃度を考えた static model の適用が適しているといえる。実際にこれまで、CYP を介した相互作用の領域では、門脈中の蛋白非結合形薬物濃度の理論上最大濃度の見積もりのための式が本研究室より提唱されており、それを元に false-negative な予測を最小限にすることができることを実証している。一方、OATP トランスポーターを介した相互作用報告は多数あるものの、本予測法が適しているかについてはこれまで検証データがなかったことから、文献の網
羅的な探索及び in vitro パ
ラメータの収集を行い、既知の事例を使って予測性の検討を実施した。さらに、消化管吸収過程における最大の相互作用リスクの考
慮、排出・代謝の阻害と取り込み過程の阻害の両方の最大リスクの考慮により、さらに false-negative な予測を避けることができることを実証した（図４）。
この解析に供する阻害定

図４：OATPs を介した薬物間相互作用事例の static model による予測精度の検証数の測定方法として、基質により阻害定数が異なることがあり得ることから、複数の基質薬物の中からもっと

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も小さい Ki 値を与える化合物を選別した。また、阻害試験の簡便化・迅速化を実現するた
め、OATP1B1 に対して有用な蛍光基質を同定した。
薬物間相互作用の評価は相互作用機序に関連した代謝酵素やトランスポーターに対する選択性の高い薬物を用いて、評価されてきた。
ここ数年、内在性基質を代替プローブとして利用することを提唱している（図５）。これまでに腎OCT2-MATE1 プローブとして、cimetidine やN-methylnicotinamide を、MATE1 プローブとして thiamine を報告している。腎 OAT3 プローブ

図５：メタボローム解析の活用による内在性基として 6β-hydroxycortisol を見出していたが、質をプローブとした代謝酵素・トランスポータ

臨床薬物間相互作用試験の臨床検体に対しーの in vivo phenotypingてメタボローム解析を実施した結果、新たにOAT1 特異的プローブとして taurine、OAT3 特異的プローブとして glycochenodeoxycholate-3-sulfate など
内因性化合物の腎クリアランスの低下が認められた。これらのプローブを利用することで、プローブ投与の負担が軽減され、創薬研究ならびに臨床研究でのトランスポーター機能変動要因が明らかになるものと期待され、Pfizer や BMS、Merck など外資系の製薬企業も、代替プローブの探索に注目し、サルを用いた invivo 試験や臨床での試験を実施している。
５．PET を用いた in vivo リアルタイム動態解析
薬物の肝胆系輸送や腎尿細管分泌など①血液側から実質細胞内への取り込み、②細胞内から血中への排出、また③細胞内から胆汁中・尿中への排泄と複数の素過程で構成されるクリアランス経路の解析、ならびに脳内薬物濃度など、血漿中濃度が指標とならない場合の動態解析を目的として、非侵襲的に組織中濃度の時間推移も測定することができる PET 研究を、理化学研究所分子イメージング科学研究センター
ならびに放射線医学総合研究所分子イメージング研究センターと共同研究により進めている。これまでに(15R )-TIC-Me、SC-62807、dehydropravastatin、oseltamivir、metformin を用いた研究を進めてきた。本年度、dehydropravastatin を用いた rifampicin との薬物間相互作用試験を、健常人を対象として企画した。
Sulpiride は静注後、肝臓に分布することがＰＥＴにより明らかにされ、肝 OCT1 により説明されることを主に
in vitro 試験により明らかにした。
６．トランスポーターの細胞内輸送の制御を介した疾病治療
トランスポーターの多くは細胞膜上に存在し、細胞内外の物質交換の役割を担っている。そのため、トラン
スポーターが生体内において正常にその機能を果たすには、トランスポーターの転写、翻訳過程のみならず、翻訳後に正しく細胞内輸送を受け、細胞膜に局在する必要がある。トランスポーターの細胞内輸送が、外部刺激によるストレスやトランスポーターの遺伝子変異により乱れることが原因となり、トランスポーターの機能不全が生じ、さまざまな疾患が発症することが報告されている。しかしながら、その分子機構には未だ不明な点が多く、トランスポーターの細胞内輸送の異常が原因となる疾患に対しては、現状では特定の分
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子をターゲットとした治療法が開発されていない。そこで、当研究室ではトランスポーターの細胞内輸送制御に関わる分子機構の解明、及び当該制御機構を介した疾病治療を実現すべく研究を進めている。以下に一例として、胆汁酸トランスポーターBSEP をターゲットとした難治性小児肝疾患の創薬研究を紹介する。
BSEP は肝細胞から胆汁中への胆汁酸排泄に働き、胆汁形成を担うトランスポーターである。その機能低下は肝内胆汁うっ滞を惹起する。最も重篤な肝内胆汁うっ滞のひとつとして、BSEP の遺伝子変異が原因となり発症する進行性家族性肝内胆汁うっ滞症２型（PFIC2）が知られている。PFIC2 は生後まもなくから始まる慢性的な肝内胆汁うっ滞により、致死性の経過をたどる難治性肝疾患である。内科的療法は未だ確立しておらず、肝移植が唯一の治療法となる。当研究室では、これまでの検討から、PFIC2 症例の多くでは、BSEP の細胞内輸送過程が異常を来たしており、BSEP の細胞膜発現量が減少するために、病態が発症することを明らかにしている（図６）。さらに、この結果を受け、BSEP の細胞膜発現量を増強する作用を有する化合物は、PFIC2 の新規治療薬となる可能性があると考え、BSEP の細胞膜発現量を簡便に定量評価することが可能な実験系を作成し、種々の低分子化合物のスクリーニングを実施した所、尿素サイクル異常症
治療薬である 4-phenylbutyrate(4PB)を陽性化合物として見出すことに成功した（図６）。4PB による BSEP の細胞膜発現量の増加作用は実験動物においても観察され、4PB 投与により、病態モデル動物の胆汁流量が回復した。また、尿素サイクル異常症患者を対象としたレトロスペクティブ研究においても 4PB の服用後に BSEP の発現量増加が認められた。従って、4PB がヒトにおいても本薬理作用を介して肝内胆汁うっ滞を改善する可能性が明らかとなった。以上の知見に基づき、実際に PFIC2 に対する 4PB の有効性、安全性を検証すべく、PFIC2 患者を対象とした探索的臨床研究を実施した。これまでに試験終了した症例では、尿素サイクル異常症に対する臨床用量での 4PB 投与を開始した後に、ビリルビンなど血液生化学肝機能
検査値が正常化し、肝組織学的検査においても、BSEP の発現量増加、肝内胆汁うっ滞像の消失が観察されており、4PB が PFIC2 症例に奏功する知見が得られている。PFIC2 以外にも BSEP の発現量・機能低下が病態の進展と関連する疾患が知られている。当該疾患症例を対象とした臨床研究において、4PB による治療効果を確認している。以上に記した 4PB の薬理作用ついて薬事承認を取得すべく、現在、医師主導型治験の実施体制を整えている。
4PB の当該薬効の発現には、尿素サイクル異常症の臨床用量ではあるものの高用量を必要とすることから、4PB に比して高活性の医薬品開発を指向し、化合物ライブラリーのスクリーニングを引き続き実施するとともに、4PB の標的分子を探索している。4PB は細胞膜に発現する BSEP の分解を阻害することにより、BSEP の細胞膜発現量を増加させることから、BSEP の細胞膜からの分解機構に関わる分子機構に特に着目し、研究を進めている。

図６：肝内胆汁うっ滞、4PB 処理による細胞膜上での BSEP の発現変動
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７. オーファントランスポーターの生理機能解析
トランスポーターは 400 を超える遺伝子がヒトゲノム上で確認されているが、その 3 割におよぶトランスポーターの機能は未解明であり、オーファントランスポーターと称される。トランスポーターの本質は膜を介した物質輸送を司ることであり、細胞膜およびオルガネラ膜を介した内因性物質の輸送を制御することにより、生理学的にも重要な役割を果たしている（図７）。データベースサーチにより、SLC-X は、動脈硬化時に発現変動する遺伝子の１つとして見出した。マウス腹腔マクロファージを解析の結果、LPS 刺激
時にその発現が顕著に誘導されることが明らかとした。現在、ノックアウトマウスを用いて、完全欠損時における機能変動、個体レベルでの解析を進めている。SLC-X の発現誘導を介して、炎症制御において重要な新規の物質輸送機構解明に向けて研究に取り組んでいる。

図７：疾患時に発現変動するトランスポータ
ーとその生理的役割

教育の概要
分子薬物動態学教室では、薬学部の講義として A1 タームに「薬物動態制御学」、A2 タームに「製剤設計学」を担当している。「薬物動態制御学」では、定量的に薬物動態を解析するための薬物速度論の基礎と invitro 試験に基づいた体内動態予測法、薬物動態を制御するための機構（代謝、輸送、結合）の分子実体、
薬物間相互作用やこれらの遺伝子多型による個体間変動について講義を行っている。「製剤設計学」では、医薬品吸収の改善方法の１つであるプロドラッグ、抗体やペプチドなど高分子の体内動態、固体医薬品の溶解性及び安定性に影響を与える結晶形、粉体の基本特性や製剤設計、標的臓器に選択的に薬を分布させるドラッグデリバリーシステム(DDS)の考え方について講義している。いずれの講義においても、薬物
動態学、製剤設計学の基本的な考え方をベースとして、薬効の増大、副作用の低下と薬物動態の関連について理解すること、薬物動態パラメータの変動と血中・組織中動態とを関連づけることで、薬物動態の最適化について理解することに注力し、医薬品の開発・設計過程におけるこの学問領域の重要性を強調している。大学院講義では、、「クリニカルサイエンス特論・臨床薬理学」に加えて、「基礎薬科学特論 IV」を他の研究室と共に担当している。講義では、基礎薬科学としての薬物動態学、医薬品の探索・開発の観点から観た薬物動態学、臨床薬理学の重要なパーツとしての薬物動態学それぞれの観点から、医薬品応答性の個人間変動や薬物性肝障害について、先端領域の研究がどのようなアイディアのもとで生まれてくるのか、研究を発展させるにあたっての知的興奮が伝わることを念頭においている。「クリニカルサイエンス特論」
では、本学教員のほか、外部講師にも講義を依頼し、臨床薬理学の講義を充実させている。
研究の項で述べたように、分子薬物動態学教室では、薬物動態を支配する肝臓、腎臓、脳、小腸および癌におけるトランスポーターの研究、薬物動態特性を試験管レベルから個体レベルへと再構築する研究においては、世界をリードする研究を展開している。教室に所属する大学院生は、これら研究に参加することによって、研究手技の取得、研究を自分で展開させることができる能力の獲得に向けた訓練を受ける。実験動物の取り扱いに関する基本、灌流組織の取り扱い、in vitro での単離細胞、培養細胞、膜ベシクルの取り扱い、分子生物学、細胞生物学的手法、トランスポーターの遺伝子変異の検出法、などを学ぶことを目
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標とする他に、得られた in vitro データと in vivo データを連結させるために数学モデルに基づいた解析法などについても訓練をうける。教室のセミナー（大学院生として必修のセミナー）では、研究報告（コロキウム）、文献を基に考え方を訓練するセミナー（バイオセミナー）が各々、週１回のペースで行われている。コロキウムでは、１人 10 分程度の発表と質疑応答をすべて英語で行っている。各人は 2 ヶ月に１回ほどの頻度で発表する。さらに年に 1～2 回、自分の研究領域をまとめ、自分の研究の進行状況と今後の展開について、十分時間をかけて議論するセミナーも行っている。これらを通して研究の目的やオリジナリティー、世界的な研究の流れにおける位置づけを明確に意識させること、目的達成に必要な要素を自分で発見させるように教育している。大学院生による研究成果は、後述にあるように英文で海外の学術誌に報告する他、院生には自らの研究の位置づけを明確にさせるために、積極的に和文総説などの執筆の機会を与えている。国内では、日本薬学会、日本薬物動態学会、日本薬剤学会など関連する学会での発表機会を与えている。ベストポスター賞を受賞している。研究室の卒業生は、製薬企業において薬物動態・臨床薬理に就いている。

自己点検･評価
研究室では、研究の概要の項に記載されているように、医薬品の体内動態支配要因の解析および生体
膜透過機構の解明を行っている。個体レベルでの現象の本質（機構）を理解するために、臓器・細胞・蛋
白・遺伝子レベルへと遡る解析的な研究を行うと共に、遺伝子レベルから個体レベルへの定量的な再構築を行うための方法論の開発を行っている。
当研究室の研究が外部から評価されている目安として、招待講演が挙げられるが、2016 年に楠原は 13
回、前田は９回、林は６回、国内外の学会で招待講演を行っている。トランスポーターに関する基礎科学（トランスポーターによる内因性基質の輸送やその動的制御など、生物学的意義に関わる事象の細胞生物学、分子生物学的手法による解明など）や、トランスポーター研究が医薬品開発において果たす役割（in vitro
データから in vivo 薬物動態パラメータの予測、薬物間相互作用や遺伝子多型による薬物動態変動の予測など）について、成果発表を行っている。研究成果は、薬学領域の雑誌である Pharm. Res.、J. Pharm.
Sci.、薬物動態学領域の雑誌である Drug Metab. Dispos.、Drug Metab Pharmacokinet、薬剤学領域である
Mol Pharm、薬理学領域の雑誌である J. Pharmacol. Exp. Ther.、Mol. Pharmacol.、臨床薬理学領域の雑誌で ある Clin. Pharmacol. Ther. 、Pharmacogenet. Genomics、生理学領域の雑誌で ある Hepatology、Arterioscler Thromb Vasc Biol.などと多岐にわたり、当研究室の特徴である、多角的な視点から研究を遂行するという目標に近づいていると思われる。その研究報告は、非常に多方面の研究者から引用されており、例えば、脳、腎臓における有機アニオン輸送に重要な働きをする Oat3 を世界に先駆けて同定した報告(Kusuhara H, et al J Biol Chem. 1999))は今日までに 373 回引用されている。また、2012 年 2 月に米食品
医薬品庁（FDA）より、医薬品開発における薬物間相互作用試験に関するドラフトガイダンスが発表されたが、その中にも当研究室の成果が多数引用、もしくは考え方が活用されている。例えば、トランスポーターを介した薬物間相互作用の static model による予測精度の検証に関する研究（Yoshida Y et al., 2012）は、
FDA の薬物相互作用に関わる発表中で複数回引用され、紹介されている。本論文は、Clin Pharmacol
Ther 誌の冒頭で In this issue という注目記事に選ばれるとともに、掲載後 1 か月間の閲覧数が 1 位を獲得した。また、本ガイダンスの特徴の一つとして、生理学的薬物速度論モデルを用いた解析法の有用性が盛り込まれており、モデリング＆シミュレーションによる体内動態予測は、今後創薬研究において不可欠とな
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る。動物実験ならびに In vitro データを生理学的モデルで統合することで、プラバスタチンのヒト体内動態特性を予測できることを示した論文（Watanabe T et al J Pharmacol Exp Ther. 2009）は、今日までに 179 回引用されている。内因性化合物を用いた薬物間相互作用試験の提案を行った論文（Ito S et al, 2012）は、Clin Pharmacol Ther 誌で、Commentary に取り上げられた。さらに、前田は 2013 年より、PMDA、厚生労働省が中心となり改定作業を進めている日本版新薬物相互作用ガイドラインの策定のための幹事会メンバー
およびトランスポーターワーキンググループメンバーとしての役割を担っており、自らの研究成果の社会還元にも貢献している。海外および国内製薬企業とも共同研究を実施し、共著で論文を発表している。
当研究室の研究が、この領域の世界の研究の流れを作っているという自負をもってスタッフおよび学生も研究に取り組んでおり、今後もこの流れを継続、発展させていきたいと考えている。

学 術 論 文1.

Tsuruya Y, Kato K, Sano Y, Imamura Y, Maeda K, Kumagai Y, Sugiyama Y, Kusuhara H.
Investigation of Endogenous Compounds Applicable to Drug-Drug Interaction Studies Involving the
Renal Organic Anion Transporters, OAT1 and OAT3, in Humans. Drug Metab Dispos. 2016
Dec;44(12):1925-1933. Epub 2016 Sep 16. PubMed PMID:27638508.

2.

Katsube A, Hayashi H, Kusuhara H. Pim-1L Protects Cell Surface-Resident ABCA1 From Lysosomal
Degradation in Hepatocytes and Thereby Regulates Plasma High-Density Lipoprotein Level.
Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2016 Dec;36(12):2304-2314. Epub 2016 Oct 20. PubMed PMID:
27765770.

3.

Kanamitsu K, Arakawa R, Sugiyama Y, Suhara T, Kusuhara H. Prediction of CNS occupancy of
dopamine D2 receptor based on systemic exposure and in vitro experiments. Drug Metab
Pharmacokinet. 2016 Dec;31(6):395-404. doi:10.1016/j.dmpk.2016.07.003. Epub 2016 Jul 30.
PubMed PMID: 27745731.

4.

Kimura H, Yagi Y, Arimitsu K, Maeda K, Ikejiri K, Takano JI, Kusuhara H, Kagawa S, Ono M,
Sugiyama Y, Saji H. Radiosynthesis of novel pitavastatin derivative ([(18) F]PTV-F1) as a tracer forhepatic OATP using a one-pot synthetic procedure. J Labelled Comp Radiopharm. 2016
Nov;59(13):565-575. doi:10.1002/jlcr.3464. Epub 2016 Oct 2. PubMed PMID: 27696476.

5.

Watanabe A, Takakusa H, Kimura T, Inoue S, Kusuhara H, Ando O. Analysis of Mechanism-Based
Inhibition of CYP 3A4 by a Series of Fluoroquinolone Antibacterial Agents. Drug Metab Dispos. 2016
Oct;44(10):1608-16. doi:10.1124/dmd.116.071654. Epub 2016 Jul 28. PubMed PMID: 27469000.

6.

Kim SJ, Yoshikado T, Ieiri I, Maeda K, Kimura M, Irie S, Kusuhara H, Sugiyama Y. Clarification of
the Mechanism of Clopidogrel-Mediated Drug-Drug Interaction in a Clinical Cassette Small-dose
Study and Its Prediction Based on In Vitro Information. Drug Metab Dispos. 2016 Oct;44(10):162232. doi:10.1124/dmd.116.070276. Epub 2016 Jul 25. PubMed PMID: 27457785.

7.

Lechner C, Ishiguro N, Fukuhara A, Shimizu H, Ohtsu N, Takatani M, Nishiyama K, Washio I,
Yamamura N, Kusuhara H. Impact of Experimental Conditions on the Evaluation of Interactions
－230－
－
235 －

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between Multidrug and Toxin Extrusion Proteins and Candidate Drugs. Drug Metab Dispos. 2016
Aug;44(8):1381-9. doi:10.1124/dmd.115.068163. Epub 2016 Jun 6. PubMed PMID: 27271370.
8.

Ito S, Hayashi H, Sugiura T, Ito K, Ueda H, Togawa T, Endo T, Tanikawa K, Kage M, Kusuhara H,
Saitoh S. Effects of 4-phenylbutyrate therapy in a preterm infant with cholestasis and liver fibrosis.
Pediatr Int. 2016 Jun;58(6):506-509. doi:10.1111/ped.12839. Epub 2016 Feb 4. PubMed PMID:
26841694.

9.

Nagaya Y, Nozaki Y, Takenaka O, Watari R, Kusano K, Yoshimura T, Kusuhara H. Investigation ofutility of cerebrospinal fluid drug concentration as a surrogate for interstitial fluid concentration using
microdialysis coupled with cisternal cerebrospinal fluid sampling in wild-type and Mdr1a(-/-) rats.
Drug Metab Pharmacokinet. 2016 Feb;31(1):57-66. doi: 10.1016/j.dmpk.2015.10.003. Epub 2015
Nov 5. PubMed PMID: 26830080.

10. Izumi S, Nozaki Y, Komori T, Takenaka O, Maeda K, Kusuhara H, Sugiyama Y. Investigation of
Fluorescein Derivatives as Substrates of Organic Anion Transporting Polypeptide (OATP) 1B1 To
Develop Sensitive Fluorescence-Based OATP1B1 Inhibition Assays. Mol Pharm. 2016 Feb
1;13(2):438-48. doi:10.1021/acs.molpharmaceut.5b00664. Epub 2016 Jan 7. PubMed PMID:
26696140.
11. Hayashi H, Naoi S, Hirose Y, Matsuzaka Y, Tanikawa K, Igarashi K, Nagasaka H, Kage M, Inui A,
Kusuhara H. Successful treatment with 4-phenylbutyrate in a patient with benign recurrent
intrahepatic cholestasis type 2 refractory to biliary drainage and bilirubin absorption. Hepatol Res.
2016 Feb;46(2):192-200. doi: 10.1111/hepr.12561. Epub 2015 Sep 15. PubMed PMID: 26223708.
12. Takano J, Maeda K, Bolger MB, Sugiyama Y. The Prediction of the Relative Importance of
CYP3A/P-glycoprotein to the Nonlinear Intestinal Absorption of Drugs by Advanced Compartmental
Absorption and Transit Model. Drug Metab Dispos. 2016 Nov;44(11):1808-1818. Epub 2016 Aug 18.
PubMed PMID: 27538919.
13. Ose A, Toshimoto K, Ikeda K, Maeda K, Yoshida S, Yamashita F, Hashida M, Ishida T, Akiyama Y,
Sugiyama Y. Development of a Support Vector Machine-Based System to Predict Whether aCompound Is a Substrate of a Given Drug Transporter Using Its Chemical Structure. J Pharm Sci.
2016 Jul;105(7):2222-30. doi:10.1016/j.xphs.2016.04.023. Epub 2016 Jun 1. PubMed PMID:
27262201.
14. Kishimoto W, Ishiguro N, Ludwig-Schwellinger E, Ebner T, Maeda K, Sugiyama Y. Usefulness of A
Model-Based Approach for Estimating In Vitro P-Glycoprotein Inhibition Potency in a TranscellularTransport Assay. J Pharm Sci. 2016 Feb;105(2):891-6. doi: 10.1016/j.xphs.2015.11.006. PubMed
PMID: 26869433.

－231－
－
236 －

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総 説・解 説
1. Tanaka Y, Kitamura Y, Maeda K, Sugiyama Y. Explication of Definitional Description and Empirical Use
of Fraction of Orally Administered Drugs Absorbed From the Intestine (Fa) and Intestinal Availability(Fg): Effect of P-glycoprotein and CYP3A on Fa and Fg. J Pharm Sci. 2016 Feb;105(2):431-42. doi:
10.1016/j.xphs.2015.11.005. Review. PubMed PMID: 26869410.

受賞
楠原 洋之 臨床薬理研究振興財団 学術奨励賞
三宅 健之 日本薬物動態学会第 31 回年会 ベストポスター賞
寺島 花野 The 1st workshop for Japan-Korea Young Scientists on Pharmaceutics, JKYSP Chair's Selection
Award
水野 忠快 The 1st workshop for Japan-Korea Young Scientists on Pharmaceutics, ベストポスター賞

国内・国際学会での招待講演
楠原 洋之
1. Hiroyuki Kusuhara, ”Integration of novel imaging technique to study tissue distribution of drugs”、
AAPS/FDA/ITC Joint Workshop on transporters in ADME、Boston
2.

Hiroyuki Kusuhara, ”Clinical biomarkers of transporter function”、AAPS/FDA/ITC Joint Workshop on
transporters in ADME、Boston

3.

Hiroyuki Kusuhara, “Endogenous biomarkers for Renal Transporters”, International Transporter
Consortium Workshop3, Washington

4.

Hiroyuki Kusuhara, Kazuya Maeda, “Determination of kinetic parameters for 123-I thyroid uptake inhealthy subjects”, ICRS13-RPSD201, Paris

5.

楠原洋之 ”Identification of endogenous biomarkers by metabolomics for clinical pharmacokinetic DDI
study”, 第8回 杉山特別研究室（理研）公開シンポジウム

6.

楠原洋之 ”Novel technologies to investigate the drug transporters in human body”, 30th Anniversary
Symposium of The Nagai Foundation Tokyo7.

楠原洋之、“脳におけるフリー薬物濃度を、 in vitro試験、in silico試験より予測するための方法論の提案”, 第373回CBI学会講演会

8.

楠原洋之, “薬物トランスポーターの内在性基質の探索と医薬品開発への利用”, 第10回メタボローム
シンポジウム9.

楠原洋之, “薬物動態研究に活かすPETイメージング：創薬への応用”, 分子イメージングサマースクール

10. 楠原洋之, “薬物間相互作用“, 第１回臨床薬理学集中講座
11. 楠原洋之, “トランスポーターを介した薬物間相互作用予測のためのバイオマーカー”, 第29回日本動物実験代替法学会
12. 楠原洋之, “in vitroデータを基にした中枢での受容体占有率の予測”, 第378回CBI学会講演会
13. 楠原洋之, "日本人における放射性ヨウ素の 体内動態パラメータの推定", 日本放射線影響学会第
59回大会
－232－
－
237 －

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前田和哉
1. AMED-DFG Workshop “Functional Metabolic Imaging”
Real-time Imaging of Hepatic Uptake and Biliary Excretion of Drugs.
2016年3月21日/Schloss Hohentuebingen, Tubingen, Germany
2.

CBI学会第373回研究講演会
肝臓における薬物間相互作用の解析 ～IVIVEはどの程度可能か？～
2016年6月2日/東京大学山上会館・東京・文京区3.

11th International ISSX meeting
Prediction of Drug Interactions at transporters
2016年6月12日/BEXCO, Busan, Korea

4.

医療薬学フォーラム2016
創薬における薬物相互作用リスクの定量的評価法の現状とレギュラトリーガイドライン
2016年6月26日/滋賀県立芸術劇場 びわ湖ホール・滋賀・大津市

5.

第20回薬物動態談話会セミナー
相互作用ガイドラインを使う前に知っておきたい基礎知識
2016年8月24日/クロスウェーブ府中・東京・府中市

6.

8th Sugiyama Laboratory (RIKEN) Open Symposium
Precise estimation of fm and Ki values for the prediction of CYP-mediated drug interactions by the useof Cluster Newton Method
2016年10月17日/理化学研究所横浜事業所・神奈川・横浜市

7.

基盤研究(S) 最終成果報告 公開シンポジウム
薬物の化学構造に基づく薬物のクリアランス経路、トランスポーター基質認識性のin silico予測
2016年１１月8日/東京大学薬学部講堂・東京・文京区

8.

CBI学会第378回研究講演会
化合物の化学構造に基づく薬物の主要クリアランス経路の予測
2016年12月8日/東京大学山上会館・東京・文京区9.

とっとりバイオフロンティア 人材育成セミナー
薬物の肝胆系輸送の重要性・その評価の現状と将来展望
2016年12月20日/とっとりバイオフロンティア・鳥取・米子市

林 久允
1. ABC2016 Symposium 5 ”ABC Proteins in Xenobiotics Disposition”
Development of pharmacotherapy for progressive familial intrahepatic cholestasis
2016 年 3 月 10 日/Innsbruck, Austria
2.

第１１回トランスポーター研究会
小児難治性希少肝疾患(進行性家族性肝内胆汁うっ滞症)の診断法、治療法の開発
2016 年 7 月 2 日/京都大学 宇治キャンパスきはだホール・京都・宇治市

3.

第１５１回お茶の水木曜会
進行性家族性肝内胆汁うっ滞症(PFIC)の診断法、治療法について
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2016 年 7 月 14 日/順天堂大学・東京・文京区
4.

第４３回日本小児栄養消化器肝臓学会
進行性家族性肝内胆汁うっ滞症の克服に向けた診断法・治療法の開発
2016 年 9 月 17 日/つくば国際会議場・茨城・つくば市

5.

第３８回胆汁酸研究会
進行性家族性肝内胆汁うっ滞症の克服に向けた病態解明と診断・治療法の開発
2016 年 11 月 26 日/久留米シティプラザ・福岡・久留米

6.

第３７回日本臨床薬理学会学術総会
ドラッグリポジショニングによる小児難治性肝疾患の医薬品開発
2016 年 12 月 2 日/米子コンベンションセンター・鳥取・米子

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◆ 薬品作用学教室 ◆
教授

池谷 裕二

(いけがや・ゆうじ)

平成５年東京大学薬学部卒、平成10年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

准教授

小山 隆太

(こやま・りゅうた)平成13年東京大学薬学部卒、平成18年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

助 教

佐々木 拓哉(ささき・たくや)

平成17年東北大学薬学部卒、平成22年東京大学大大学院薬学系研究科博士課程修了
薬学博士

助 教

中嶋 藍

(なかしま・あい)

平成18年東京大学理学部卒、平成23年同大大学院理学系研究科博士課程修了
理学博士

研究の概要
薬理学は、文字通り『薬を理解する』学問であり、「くすりはなぜ効くか？」という疑問に答え、新薬開発の方向性を示すことを目的としている。当教室では、脳を対象に研究を展開している。薬理学の強みを発揮し、薬をツールとしても使いこなしていることから、『薬を使って脳を究める』
をキャッチフレーズにしている。脳を研究する場合には、従来は、個体→脳→神経回路→神経細胞→分子と要素分解的なアプローチが多くとられてきた。しかし、脳機能については、逆は成り立たない。つまり、それぞれの素子が集合すると非線形的な統合的挙動を示すからである。還元的なアプローチを否定するものではなく、各素子の情報も重要である。従って、分子やシナプスレベルでの解析を行いつつ、神経回路の挙動や個体動物の行動を解析することが必要なので『ミクロの解像度を維持しつつマクロに脳機能を解析する視点』方針が重要となっている。教室においては、文字通り分子から個体までを研究対象に、中枢神経系薬理学および神経科学の粋を集めて研究を行っている。一つの研究室でこれほど幅広い研究アプローチを実践し、業績をあげているのは世界的にも珍しい。なお、理学系研究科において研鑽を積んできた中嶋藍を特任助教として迎え、異分野の風を吹き込むことで、研究の充実を測った。
１．マウス一次視覚皮質における遅延性応答の発生メカニズムの解析
視覚情報は網膜から視床の外側膝状体（dLGN）を経由し、一次視覚皮質（V1）に伝達される。 V1
へ送られた情報は、より高次な皮質へと運ばれ統合される。この経路はフィードフォワード経路と呼称され、視覚情報は 0.1–0.2 秒と短時間で伝えられることが知られている。これより、V1 は視覚情報に対して短い潜時で応答することが可能である。古典的に、V1 は低次な視覚の特徴に対して応答する、視覚経路の単純な中継地点として考えられてきた。しかし、フィードフォワード経路以外にも、V1 内での投射（再帰性回路）や高次皮質から逆行性の投射も受けている（フィードバック経路）。また、近年の研究により、持続的な V1 の活性化や V1 内の活動伝播などの知見が蓄積されつつ
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－
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あり、V1 は複雑な応答様式をもつことが明らかとなってきている。そこで、本研究では、単純かつ短い視覚刺激であるフラッシュを用いて、V1 の視覚応答パターンを再定義することを目的とした。
V1 には数十万もの神経細胞が存在し、個々の細胞によりその活動は異なる。そのため、V1 の視覚応答を解明するためには、単一細胞レベルのミクロな視点で神経活動を捉え、個々の細胞の応答パターンを理解することが必要とされている。本研究では、個々の細胞の解像度を保ちつつ神経活動を捉える手法を用いて、フラッシュ刺激に対する V1 の応答のうち、とくに遅延性応答の発生源について検討を行った。
V1 で観察される遅延性応答の発生源の候補としては大きく 3 つの経路が考えられる。①網膜
and/or dLGN からのフィードフォワード経路、②高次皮質からの逆行性の投射（フィードバック経路）、③V1 内における再帰性回路、である。ここでは、①の可能性を検証するために、視覚経路において V1 のすぐ上流に位置する視床核である dLGN から記録を行った。その結果、フラッシュ刺激に対して dLGN は初期応答に加えて、遅延性応答を生じることが明らかとなった。dLGN は V1 の上流に位置するが、V1 から dLGN へも多くの投射が存在することが報告されている。つまり、dLGNと V1 は興奮性のループを形成しており、この回路が遅延性応答を生み出す可能性がある。この可能性を検証するために、電位依存性 Na+チャネル阻害薬であるテトロドトキシン（TTX, 10 µM）を
V1 に処置することで V1 の神経活動を不活性化し、dLGN の視覚応答を記録した。その結果、V1 への TTX 処置は、dLGN の発火率を変化させなかった。すなわち、dLGN の遅延性応答には V1 の活動は必要ないことが示された。これより、遅延性応答の発生源は dLGN もしくは、そのさらに上流に位置する網膜である可能性が高いことが示された。
本研究では、「遅延性応答」という視覚皮質における新たな応答パターンに対して「発生源の特定」という視点で研究を進めた。その結果、意外にも遅延性応答は V1 の上流に位置する dLGN でも観察された。このことから、視覚経路の初期段階で発生した遅延性応答が、視覚皮質における複雑な情報の統合機構に利用されていることが示唆された。
２．実験データのショットノイズを減らす新規フィルタの開発
機能的多ニューロンカルシウム画像化法(fMCI)は、多数の神経細胞の活動を同時に記録するのに適した方法である。細胞で活動電位が発生すると、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇する。fMCIはこの性質を利用して、細胞内にカルシウム感受性蛍光タンパク質を充てんすることで、その蛍光強度変化から活動電位のタイミングを推定することができる。活動電位は数十ミリ秒以内に急速な蛍光強度の上昇をもたらし、その後数秒にわたってゆっくりと減少していく。このようなカルシウ
ム応答の大きさは、ベースラインの蛍光強度から 2-10%程度である。そのため、fMCI はシグナルと関係ないノイズが発生し、S/N が低いことが問題となる。
fMCI のノイズの主な発生源は光子の検出にある。fMCI は光子の検出に光電子増倍管、電荷結合装置、金属-酸化物-半導体を用いる。光子の素量的性質と光子検出の確率的性質により、シグナルは内部ノイズと混合してしまう。このように、ある時間枠において検出される光子数は実際の光子数よりも多くなったり少なくなったりする。このようなゆらぎがショットノイズを発生させるのである。ショットノイズは fMCI のように低照度の環境で問題となる。
fMCI のデータで見られるショットノイズは、移動窓法を用いたフィルタリングによって除去されることが多い。このようなフィルタは、線形、非線形の 2 つの種類に分けることができる。線形フ
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ィルタとして、矩形窓、ガウシアン窓、ハン窓といった線形に重みづけされた窓関数を用いる移動
平均フィルタが挙げられる。線形フィルタは、基本的にある時点の値を窓内の値の平均値に置き換えるという方法である。しかし、線形フィルタはカルシウム応答の立ち上がりといった急激な値の変化を消してしまい、正確にカルシウム応答のタイミングを検出できない。さらに、ショットノイ
ズによる外れ値が、窓内にある周辺の値に影響を与えてしまう。このような効果は、数十ヘルツといった低解像度で取得される fMCI のデータに対して適応する場合には問題となる。
非線型フィルタはこれらの問題に対処した方法である。広く用いられている非線型フィルタとしてメディアンフィルタが挙げられる。メディアンフィルタはある時点の値を移動窓内の値の中央値に置き換える方法である。この方法はシグナルの形を保存できる傾向にある。しかし、線形フィル
タとは異なり、メディアンフィルタは元のデータに存在する値を用いるため、結果としてノイズ除去力に劣る。
本研究では、線形フィルタと非線型フィルタの利点を組み合わせた新たな非線形フィルタとして
岡田フィルタを提案する。岡田フィルタはある時点の値がその両端の値の中央値とならない場合にのみ、その値を両端の値の平均値に置き換える方法である。この方法により、フィルタ後のデータは元のデータには存在しない値に置き換わり（線形フィルタと同様）、連続して上昇、または下降す
る部分の値が置き換わらないためにシグナルの形が保存される（非線型フィルタと同様）。
岡田フィルタは時系列ベクトル{xt（} t は 1 から T までの範囲）から外れ値を取り除く方法である。
時間 t において、岡田フィルタは xt とその直前、直後の値 xt–1, xt+1 の値を比較する。もし xt が xt–1, xt,
xt+1 の中で中央値となる場合、すなわち(xt – xt–1)(xt – xt+1) ≤ 0 のとき、xt は変化させない。もし xt が xt–1,
xt, xt+1 の中で中央値とならない場合、
すなわち(xt – xt–1)(xt – xt+1) > 0 のとき、xt は xt–1,と xt+1 の平均値((xt–1+ xt+1)/2)に置き換える。この条件付きの代入は、時系列ベクトル{xt}において連続して増加、あるいは減少している部分に影響を与えることなく、ショットノイズのような急激な外れ値を除去できると期待される。つまり、カルシウム応答の開始点を保存したままノイズを除去することができると考えられる。この過程を t = 2 から T-1 まで連続して適用する。各段階において xt–1 の値には前段階で得られた値を用いた。また、この過程はロジスティック関数を用いて一つの式に表すことができる。係数 α が十分に大きい時、この式は(xt – xt–1)(xt – xt+1)の符号によって xt か(xt–1+ xt+1)/2 のどちらかをとるようになる。(xt – xt–1)(xt – xt+1)が負の時は xt は xt のままであり、正の時は xt は(xt–1 + xt+1)/2 に置き換わる。
実際に、岡田フィルタを fMCI のデータに適用した。Oregon Green 488 BAPTA-1AM を付加した海馬培養スライス CA3 野の細胞から蛍光強度を測定した。カルシウム応答の大きさは最大~10%であるため、係数 α は 100 とした。岡田フィルタはカルシウム応答の形を残したまま、波形からノイズを低減した。
まず、岡田フィルタのノイズ除去力を定量した。100 細胞の fMCI のデータを本研究室で取得した
データのなかからランダムに選び、岡田フィルタを適用した。シグナル、ノイズ、S/N をフィルタ
前とフィルタ後で比較した。岡田フィルタ後のカルシウム応答の大きさの平均（シグナル）は、元の波形と比較して減少していた(P = 3.9×10–18, Z = 8.68, Wilcoxon signed rank test, n = 100 cells)。このよ
うな望ましくないシグナルの減少は、カルシウム応答のピーク値 xt も(xt–1+ xt+1)/2 に置き換わってしまうために起こる。ノイズはカルシウム応答の部分を除いたベースラインにおける蛍光の揺らぎのSD として求めた。岡田フィルタ後の波形ではノイズが減少していた(P = 4.5×10–18, Z = 8.67)。
さらに、
－238－
－
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カルシウム応答の大きさの平均（シグナル）をベースラインの蛍光の揺らぎの SD（ノイズ）で割り、S/N を算出した。岡田フィルタ後の S/N は元の波形と比較して高い値を示した(P = 9.6×10–18, Z =8.58)。この結果から、岡田フィルタはシグナルも減少させるものの、それ以上にノイズを大幅に減少させることが示された。
岡田フィルタの効果を既存の方法であるメディアンフィルタと比較するため、fMCI のデータに対し、メディアンフィルタを適用した(n = 100 cells)。メディアンフィルタも岡田フィルタと同様にシ
グナルとノイズを減少させ(Wilcoxon signed rank test, P = 1.2×10–17, Z = 8.55; P = 3.9×10–18, Z = 8.68)、
S/N を増加させた(P = 3.9×10–18, Z = 8.68)。
次に、岡田フィルタ後の波形とメディアンフィルタ後の波形の S/N を比較した。S/N はデータによって異なっていたが、全体として岡田フィルタ後の波形はメディアンフィルタ後の波形よりも高い S/N 比を示した(Wilcoxon signed rank test, P = 3.2×10–9, Z = 5.92)。この違いは、岡田フィルタの方がより大きなノイズ除去力を示したためであると考えられる。そこで、ノイズの大きさがフィルタの効果に影響するかを調べるため、岡田フィルタ後の S/N とメディアンフィルタ後の S/N の比を、元の波形の S/N に対してプロットした。その結果、これらのパラメーター間には負の相関があり(Pearson’s r = −0.62, P = 3.6×10–71, t98 = 50)、回帰直線は y = 1 の直線と S/N が 1.19 dB のところで交わった。つまり、岡田フィルタのノイズ除去力は S/N が低いデータに対して発揮されるため、fMCIの様に S/N が低いデータにより効果的であると言える。
本研究では S/N が低く、低解像度で取得されたデータに有効な新規の非線型フィルタとして岡田フィルタを提案した。実際に、岡田フィルタは fMCI のデータのノイズを低減し、S/N を改善した。
岡田フィルタの効果を広く用いられている非線型フィルタであるメディアンフィルタの効果と比較したところ、岡田フィルタはノイズ除去力、処理速度の面でメディアンフィルタよりも優れている
ことがわかった。このことから、岡田フィルタはより実用的な方法であると考えられる。
fMCI の S/N は、カルシウム蛍光指示薬の感受性の向上や、レンズや光子検出器といった光学系の最適化によって改善されてきた。しかし、ショットノイズは光子を検出する際に確率的に発生するノイズであるため、データを取得する際にオンラインでショットノイズを取り除くことは技術的に難しい。そのため、fMCI のデータは画像や音声データのノイズ除去に用いられるオフラインフィ
ルタを用いて、そのノイズを除去する。このようなフィルタには様々な種類があるが、それぞれに利点、欠点がある。線形フィルタは通常、ショットノイズのような高周波ノイズを低減するのに効果的である。しかし、線形フィルタはシグナルの輪郭を不鮮明にし、シグナルの形も変形させてしまう。一方で、非線型フィルタはシグナルの輪郭に対しての影響は少ない。しかし、ノイズ除去力には劣る。岡田フィルタは線形フィルタの様に窓内の値を平均し、非線型フィルタの様にシグナルの形は保存することができるため、異なる種類のフィルタの利点を持ち合わせた方法であると言える。
非線型フィルタの欠点として、さらに処理速度がかかることが挙げられる。しかし、岡田フィル
タはメディアンフィルタと比較して速い処理速度を示した。さらに、岡田フィルタの処理速度は簡易な線形フィルタに近いものであった。このような処理効率の高さは、データを取得しながらノイズを低減するオンラインフィルタとして用いることができる可能性を示唆している。さらに、岡田フィルタは処理過程を一つの数式で表すことができる。一方で、メディアンフィルタは一つの数式に表すことはできない。岡田フィルタの式は連続的で微積分が可能な関数である。このように、岡
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田フィルタは算術的にも扱いやすい方法であると言える。
３．マイクログリアによる生細胞の貪食
マイクログリアは中枢神経系において免疫反応を担当する細胞であると考えられている。脳の損
傷や感染に伴う炎症よって活性化され、神経回路の恒常性を維持していることが知られているが、生理的条件下でのマイクログリアの役割も近年ようやく明らかになりつつある。しかし、マイクログリアの神経新生への関与は、十分に明らかにされていない。そこで、本研究では、成体脳においても神経新生が生じる脳領域のひとつ、「歯状回顆粒細胞下層」に着目し、神経新生へのマイクログ
リアの関与を検証した。
歯状回顆粒細胞下層の神経新生は、側頭葉てんかん患者やそのげっ歯類モデルで有意に亢進する
ため、てんかん原生の獲得と関連することが示唆されてきた。よって、てんかん発作によって過剰に増殖した新生細胞を除去することは、神経回路のホメオスタシスに重要であると考えられるが、これに対するマイクログリアの役割は不明であった。そこで、我々は、てんかん重積後に新生した細胞の運命とマイクログリアの機能変化に着目し、過剰新生した細胞に対するマイクログリアの役
割を明らかにすることを目的として研究をおこなった。
まず、カイニン酸てんかん重積マウスモデルを用いて、新生細胞を増殖細胞マーカーEdU によって標識した。その結果、てんかん重積後、新生細胞の増殖亢進と生存率の低下が観察された。また、免疫染色法により、マイクログリアの活性化およびマイクログリアによる新生細胞の貪食の増加が確認された。さらに、てんかん重積後、マイクログリアによる新生細胞のプライマリーファゴ
サイトーシス（生細胞の貪食）の増加が cleaved capase-3 染色によって明らかにされた。マイクログ
リアは一般に死細胞やその細胞破片を貪食することは知られているが、生細胞の貪食に関する知見は乏しく、この結果は重要な知見となる。最後に、新生細胞数生存率の低下が、活性化したマイク
ログリアの貪食亢進によって生じた可能性を検証するために、マイクログリア活性化を抑制する作用が報告されているミノサイクリンを投与した。その結果、新生細胞の生存率が生理的条件下と同レベルに上昇した。
以上の結果より、てんかん重積後、マイクログリアが歯状回における神経新生の過剰な亢進を抑制することが明らかになった。また、異常新生した細胞は、マイクログリアによるプライマリー
ファゴサイトーシスによって除去され、歯状回のホメオスタシスが維持される可能性が示唆された。
４．目的指向型の場所細胞活動
海馬の神経細胞は、ラットが特定の位置にいる時にのみ発火頻度を上昇するため、場所細胞と呼ばれる。場所細胞の存在は、ヒト海馬の神経発火計測でも確認されており、動物種を越えて良く保存された空間認知システムと言える。近年では、場所細胞が様々な環境変化に対して、表象する空間を変化させることが示されており、これは複数のモダリティを連合したり、目的行動を実現するための情報処理であることが示唆されている。この点をさらに詳しく知るために、我々は、2 次元
オープンフィールド中にて、特定の位置において報酬が提供され、ラットの目的行動を促すような実験環境を構築した。この課題では 1 メートル四方のフィールド内に報酬ポートが 4 箇所存在し、それぞれのポートから報酬が提供されると、ポートの上部に設置した白色 LED 光が点灯する。ラットは光と報酬の関係を学習すると、LED 光を目的位置として、明確な目的指向型の行動を呈するよ
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うになる。この条件において、ラットが特定のポートに向かって目的をもって走るときに、場所細胞が選択的に発火を生じることを見出した。このような目的指向型の細胞について、同じフィールド内にて、課題のみをランダム探索課題には、このような方向選択的な活動はほとんど見られなかった。
以上の結果は、海馬細胞が、目的が明確に提示される条件においては、場所選択性に加えて、目的指向性をもった発火を生じることを示している。１つの海馬の神経細胞が、動物の行動条件に応じて、その活動モードを柔軟にスイッチできる能力を有すると言える。このように海馬では、上流の脳領域からの情報入力を統合し、場所選択性と目的指向性を同時に表象するような発火パターンを形成すると考えられる。
５．神経活動依存的な回路構築原理の解明
ヒトを含む高等動物の脳は、多数の神経細胞からなる複雑かつ精巧に組織された神経回路によって外界からの感覚情報を適切に処理し、行動する。この情報処理の根幹をなす神経回路は、遺伝的プログラムによる基本的なシステム構築のあと、臨界期に生じる神経活動に依存した精緻化を経て完成される。一般に、活動依存的な回路形成のメカニズムとしては、従来シナプス前細胞と後細胞との間における同期的な発火が重要であると考えられている（ヘブの法則）。
マウス嗅覚系において、嗅細胞で発生する神経活動は発現する嗅覚受容体の種類に応じた回路構築（軸索の収斂）を制御する。同一の受容体を発現している嗅細胞の軸索を収斂させるためには、神経活動が何らかの形で受容体の種類という情報を表現する必要があるが、この過程がシナプス後細胞に依存せず起こる細胞自律的なものであることから、嗅覚受容体の情報はヘブ則に依らない新規の機構により表現されていると推測された。そこで我々は、高速カルシウムイメージング法を用いて嗅細胞で生じる神経活動の多細胞同時計測を行い、その活動記録を用いた統計学的解析を行うことで、従来のヘブ則に当てはまらない新規の活動依存的回路形成モデルの構築を目指した。
まず、遺伝的カルシウムインディケーターである GCaMP6f を嗅細胞に発現させた遺伝子改変マウスを作出し、回路構築の起こる発生期において嗅細胞の自発的な神経活動の記録を可能とした。この変異マウスを用いて大規模な神経活動の記録を行った結果、発生期の嗅細胞においては、視覚系など他の脳領域で知られているような隣接する神経の同期的な発火は観察されなかった。さらに、発現する嗅覚受容体の種類と自発的神経活動の対応関係の検証を行なったところ、嗅細胞は発現する受容体の種類に応じた特異的な神経活動パターンを示すことが明らかとなった。
これらの結果は、一次嗅覚系の神経回路は『細胞種特異的な自発的神経活動のパターンが特異的回路構築を担う』という新奇メカニズムにより形成されることが示唆しており、今後従来のヘブ則では説明できない他の神経系における回路構築においても敷衍できると期待される。

教育の概要
薬品作用学教室では、薬学部の講義として第４学期に「薬理学Ⅰ」、第５学期に「薬理学Ⅱ」、一貫した薬理学教育に取り組んでいる。
「薬理学Ⅰ」では、薬理作用の基本概念、自律神経系作用薬、局所麻酔薬、末梢性筋弛緩薬などを講義している。平行して４学期に行われる「機能形態学」では、五つの講座が連携して、人体臓器の構造と生理を教えている。そのうち当教室では、興奮性膜の一
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般生理、シナプス、イオンチャネル、血圧の調節、呼吸器を分担している。日程を調節して、薬理学Ⅰと合わせて理解しやすいように工夫している。
「薬理学Ⅱ」では中枢神経系作用薬を中心に講義をしている。一貫した薬理学教育により、学部学生は４学期から６学期に亘り、人体生理学、薬理学の基礎、自律神経系薬理学、体性神経系薬理学、循環系薬理学、中枢神経系薬理学、腎臓薬理学、消化器系薬理学、眼薬理学、免疫・炎症薬理学、代謝系薬理学、一般用医薬品の薬理学などを系統立てて受講することが可能になっている。学生実習では、行動薬理学、平滑筋薬理学を通して、薬の作用を直接「目で見る」ことを行い、競合的拮抗と非競合的拮抗など薬理作用の基本原理を理解することに重点を置いている。
薬品作用学教室に配属された学生に対しての教育にも力を入れている。研究の起承転結を体験す
ることを通して優れた研究能力をトレーニングすることは当然のこととして、医薬は個体に対して作用するのであり、決して細胞や臓器単位だけで作用するわけではない。従って、薬を理解するた
めには分子レベルから全身動物まで幅広い知識と視点で薬理作用を捉えなければならないことを徹底的に教えている。大学院修了までに全身動物を用いた実験を必ず経験させている。新人に対して、「薬理実習」を行っている。特定の薬理作用を示す代表的な薬物を与え、薬理学基礎実験からその薬の薬理学プロフィールを実験を通じて習得させている。教室の伝統的なトレーニング方法であるが、実験技術のみならず薬理学的な考え方を短期間で鍛える優れた教育プログラムとなっている。
さらに、これからの研究者は英語でも、日本語でもコミュニケーションやプレゼンテーションの能力が必須であると考え、様々な工夫をして鍛えている。教室に配属されてきたまだ専門知識をもたない新人に自分の研究を短時間で如何に魅力的に説明できるかを競わせ、英語での研究報告や文献紹介さらに指名ディスカッションも定期的に行っている。また、国の内外を問わず学会発表の機会を積極的に与えている。教室の卒業生は、「10 年、20 年経っても世界に通用する薬理学研究者」になると確信している。

自己点検・評価
一つの教室でこれほど幅広く神経科学をカバーしているところは類を見ない。薬理学をベースにしているので、生体の機能発現解析を重視している。文字通り分子生物学から個体の行動までの研究を具現化している。脳の働きの基本には，ニューロン同士が巧みにつながり「配線」された神経回路があることが知られている。しかし，どこまで微細な構造のレベルまで機能的な配線がなされているかについては知られていない。そこで、多くの神経細胞の活動を観察できる撮影技術「大規模他ニューロンカルシウムイメージング法」をもちいて、脳内の記憶痕跡を探り、行動中に活性化した神経細胞はその後スライス標本においても再活性化しやすいこと、それがリップル波という脳波の最中に生じるという世界初の知見を得ることができ、業界に大きなインパクトを与えた。
研究室内のセミナーでは、発表コンテンストや英語での発表を学生に課し、学生のコミュニケー
ション能力およびプレゼンテーション能力の涵養にも力を入れている。この成果は、第 89 回日本薬理学会年第 30 回国際神経精神薬理学会
Young Glia Meeting
で大学院生が優秀発表賞を受賞するなど、実績としても現れている。とくに 2016 年は、小山隆太准
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教授が東京大学卓越研究員に選定され、研究教育体制がさらに盤石なものとなったことも特筆される。
薬理学の体系的な講義も他の薬系大学を凌駕するものと自負しているが、配布するプリントをさらに分かり易くすることや関連する最近のトピックスを紹介することなど、日々の講義をさらに充実させていきたい。

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学 術 論 文1.

Matsumoto, N. Okamoto, K., Takagi, Y., Ikegaya, Y. 3-Hz subthreshold oscillations of CA2 neurons invivo. Hippocampus, 26:1570-1578, 2016.

2.

Funayama, K., Hagura, N., Ban, H., Ikegaya, Y. Functional organization of flash-induced V1 offline
reactivation. J. Neurosci., 36:11727-11738, 2016.

3.

Luo, C., Ikegaya, Y., Koyama, R. Microglia and neurogenesis in the epileptic dentate gyrus.
Neurogenesis, 3:e1235525, 2016.

4.

Mikami, Y., Kanemaru, K., Okubo, Y., Nakaune, T., Suzuki, J., Shibata, K., Sugiyama, H., Koyama,R., Murayama, T., Ito, A., Yamazawa, T., Ikegaya, Y., Sakurai, T., Saito, N., Kakizawa, S., Iino, M.
Nitric Oxide-induced Activation of the Type 1 Ryanodine Receptor Is Critical for Epileptic
Seizure-induced Neuronal Cell Death. EBioMedicine, 11:253-261, 2016.

5.

Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. A new device for the simultaneousrecording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents. J. Pharmacol.
Sci., 32:105-108, 2016.

6.

Kasahara, Y., Koyama, R., Ikegaya, Y. Depth and time-dependent heterogeneity of microglia in mouse
hippocampal slice cultures. Neurosci. Res., 111:64-69, 2016.

7.

Makino, K., Funayama, K., Ikegaya, Y. Re-analysis on geometric energy. Anat. Sci. Int., 91:425-426,
2016.

8.

Ando, M., Koyama, R ., Ikegaya, Y. Severity of kainic acid-induced seizures is not aggravated in thematernal immune activation mouse model of gestational poly(I:C) exposure. J. Autism Epilepsy, 1:1003,
2016.

9.

Hirabayashi, K., Hanaoka, K., Egawa, T., Kobayashi, C., Takahashi, S., Komatsu, T., Ueno, T., Terai,T., Ikegaya, Y., Nagano, T., Urano, Y. Development of practical red fluorescent probe for cytoplasmic
calcium ions with greatly improved cell-membrane permeability. Cell Calcium, 17:27, 2016.

10. Luo, C. Koyama, R. Ikegaya, Y. Microglia engulf viable newborn cells in the epileptic dentate gyrus.
Glia, 64:1508-1517, 2016.
11. Ihara, N., Nakashima, A., Hoshina, N., Ikegaya, Y. Takeuchi, H. Differential expression of axon-sorting
molecules in mouse olfactory sensory neurons. Eur. J. Neurosci., 44:1998-2003, 2016.
12. Takeda, A., Nomura, H., Masamitsu, N., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Terai, T., Ueno, T., Hanaoka, K.,
Nagano, T., Urano, Y., Komatsu, T. Unexpected photo-instability of 2,6-sulfonamide-substituted
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BODIPYs and its application to development of caged GABA. Chembiochem, 17:1233-1240, 2016.
13. Nishimura, R., Abe, R., Sasaki, T., Ikegaya, Y. Homeostatic changes in neuronal network oscillations in
response to continuous hypoperfusion in the mouse forebrain. Neurosci. Res., 109:28-34, 2016.
14. Okada, M. Ishikawa, T. Ikegaya, Y. A computationally efficient filter for reducing shot noise in low S/Ndata. PLOS One, 11:e0157595, 2016.
15. Oba, S., Nakae, K., Ikegaya, Y., Aki, S., Yoshimoto, J., Ishii, S. Empirical Bayesian significancemeasure of neuronal spike response. BMC Neurosci., 17:27, 2016.
16. Ohki, M., Sugiyama, K., Kawai, F., Tanaka, H., Nihei, Y., Unzai, S., Takebe, M., Matsunaga, S.,
Adachie, S., Shibayama, N., Zhou, Z., Koyama, R., Ikegaya, Y., Takahashi, T., Tame, J.R.H., Iseki, M.,
Park, S.Y. Structural basis for photoactivation of a light-regulated adenylate cyclase from thephotosynthetic cyanobacterium Oscillatoria acuminatea. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.,
113:6659-6664, 2016.
17. Nakayama, R., Sasaki, T., Tanaka, K. F., Ikegaya, Y. Subcellular calcium dynamics during juvenile
development in mouse hippocampal astrocytes. Eur. J. Neurosci., 43:923-932, 2016.
18. Igata, H., Sasaki, T., Ikegaya, Y. Early failures benefit subsequent task performance. Sci. Rep.,
6:21293, 2016.
19. Nakayama, D., Hashikawa-Yamasaki, Y., Ikegaya, Y., Matsuki, N., Nomura, H. Late Arc/Arg3.1
expression in the basolateral amygdala is essential for persistence of newly-acquired and reactivatedcontextual fear memories. Sci. Rep., 6:21007, 2016.
20. Tao, K., Ichikawa, J., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Koyama, R. Experimental febrile seizures induce
age-dependent structural plasticity and improve memory in mice. Neuroscience, 318:34-44, 2016.
21. Takahashi, N., Kobayashi, C., Ishikawa, T., Ikegaya, Y. Subcellular imbalances in synaptic activity.
Cell Rep., 14:1348-1354, 2016.
22. Sajo, M., Sugiyama, H., Yamamoto, H., Tanii, T., Matsuki , N., Ikegaya, Y., Koyama, R.
Neuraminidase-dependent degradation of polysialic acid is required for the lamination of newly
generated neurons. PLOS One, 11:e0146398, 2016.
23. Zhou, Z., Tanaka, K. F., Matsunaga, S., Iseki, M., Watanabe, M., Matsuki , N., Ikegaya, Y., Koyama,
R. Photoactivated adenylyl cyclase (PAC) reveals novel mechanisms underlying cAMP-dependent
axonal morphogenesis. Sci. Rep., 5:19679, 2016.
24. Makino, K., Funayama, K., Ikegaya, Y. Spatial clusters of constitutively active neurons in mouse visualcortex. Anat. Sci. Int., 91:188?195, 2016.
25. Koyama, R. Dentate circuitry as a model to study epileptogenesis. Biol. Pharm. Bull. 39:891-896,
2016.
26. 安藤めぐみ、池谷裕二、小山隆太、自閉スペクトラム症とてんかん、日本薬理学雑誌、
148:121-122, 2016.

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一般社会への貢献
池谷裕二
2月20日 愛知医科大学運動療育センター講演
3月9日 岩崎学園出張講義
3月11日 京都市立堀川高等学校出張講義
3月24日 沼津学園飛龍高等学校出張講義
4月17日 ふじキンダー学園記念講演会
8月7日 藤枝市立駅南図書館子ども読書活動推進講演
9月21日 岡山県立岡山一宮高等学校出張講義
10月16日 第２回八千代市民フォーラム講演会
11月1日 鹿児島県立松陽高等学校出張講義
11月11日 横浜創学館高等学校出張講義
12月1日 熊本県立八代高等学校出張講義

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◆ 機能病態学教室 ◆教授

富田 泰輔（とみた・たいすけ）
平成７年東京大学薬学部卒

平成９年同大大学院薬学系研究科修士課程修了

前職：東京大学大学院薬学系研究科准教授、博士（薬学）

助

教

堀 由起子

（ほり・ゆきこ）

平成 16 年東京大学薬学部卒

平成 21 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了

前職：米国マサチューセッツ総合病院ハーバード大学医学部博士研究員、博士（薬学）

助

教

高鳥 翔

（たかとり・しょう）

平成 17 年東京大学薬学部卒

平成 22 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了

前職：名古屋大学医学部博士研究員、博士（薬学）特任助教 伊藤 弦太（いとう・げんた）平成 15 年東京大学薬学部卒

平成 17 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了

前職：英国ダンディー大学 MRC 博士研究員、博士（薬学）

研究の概要
機能病態学教室（2015 年 4 月に臨床薬学教室から改称）では、疾患基礎研究を通じて治療・予防・診断法の開発につながる発見を目指すと同時に、新しい基礎研究分野を開拓することを目標
として研究を行っている。基本的な研究方針としては、各種疾患、特に神経精神疾患に関連して、発症原因を分子レベルで明らかにすること、そのプロセスの中で生じる病気のメカニズムを解明し、そして新たな創薬標的分子機構の同定につなげていくことを最大の目的としている。同時に、その過程で明らかになる基礎生物学的な発見についても興味を持って研究を深め、展開していこ
うとしている。
主な研究対象として、有効な治療法の見出されていないヒトの神経精神疾患であり、少子高齢化社会において大きな問題となっているアルツハイマー病（AD）と自閉症スペクトラム症候群（ASD）を取り上げて研究を進めてきた。さらに 2016 年からはパーキンソン病（PD）の分子病態
メカニズム解明を新たな研究テーマとして開始した。同時に、有機化学、構造生物学を専門とする研究者との共同研究を積極的に行い、これらの疾患に対する治療薬開発の端緒となるような研究を目指している。またこれらの疾患研究を通じて見出してきた知見を基に、タンパク質代謝シ
ステムおよびそのシグナル伝達メカニズムが、中枢神経系の生理機能やシナプス可塑性において果たしている役割についても研究を展開している。
具体的な研究テーマは次の通りである。
1. γセクレターゼによる膜内配列切断システムの理解
AD 患者脳における特徴的な病理変化として、神経細胞死に加えて、老人斑と神経原線維変化の蓄積と沈着が挙げられる。老人斑の主要構成成分はアミロイド β ペプチド（Aβ）であり、前駆体タンパク質である APP が β および γ セクレターゼの２つのプロテアーゼによって切断を
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受けて産生される。常染色体優性遺伝形式を示す家族性 AD の原因遺伝子として APP 遺伝子が1990 年代初頭に同定され、その遺伝子変異が Aβ の産生もしくは凝集を促進することが明らかとなった。一方、AD を予防する遺伝子 variant が APP 遺伝子上に見出され、Aβ 産生を抑制する効果を示すなどが明らかとなり、Aβ の異常な産生及び蓄積の亢進が AD の原因に深く関与していると考えられている。当教室では家族性 AD の原因遺伝子として見出されたプレセニリ
ンの病的機能解析を通じ、プレセニリンが Aβ の C 末端側を切断する γ セクレターゼの酵素サ
ブユニットとして機能し、家族性 AD に連鎖する変異が特に凝集性の高い Aβ42 の産生を高めていることを見出したことを契機に、γ セクレターゼの切断メカニズムの解明とその制御法の解析を生化学、分子生物学、細胞生物学的手法を駆使して進めてきた。また有機化学研究者や構造生物学研究者との共同研究を通じて、ケミカルバイオロジーおよび膜タンパク質構造生物学という観点からも、γ セクレターゼの正常機能解明を行っている。特に γ セクレターゼ阻害薬の治験が副作用をもたらしたということから、副作用のない、基質および切断特異性を生み出すメカニズムの理解と、γ セクレターゼ活性制御薬の薬理作用の分子機構解明を進めている。
これまでに、システイン残基に対して親水性環境下においてのみ特異的に結合する MTS 化合物を利用し、γ セクレターゼの活性中心サブユニットであるプレセニリンの構造活性相関解析を進めてきた。そして γ セクレターゼ活性化因子である Pen-2 との結合部位である第 4 膜貫通領域についてその構造と機能を解析したところ、活性中心構造を構築している膜貫通領域の一つであることが明らかとなった。その構造は Pen-2 との結合や、γ セクレターゼ活性を制御する様々な化合物、さらに家族性 AD に連鎖する遺伝子変異によって変化することを見出し、特に毒性分子種である Aβ42 を産生する際の構造変化を同定することに成功した。本成果は、γ
セクレターゼが Aβ の C 末端長を切断し分ける際の膜貫通領域の構造変化について、世界で初めて同定したものである。
また構造解析や酵素学的な解析を行う上で、酵素活性を保持するリコンビナントタンパク質の発現と精製法の確立は必須である。理化学研究所横山茂之上席研究員と共同研究を進め、大腸菌タンパク質合成システムを cell free 系において活用し、かつ脂質存在下で合成反応を行う
ことで酵素活性をもつリコンビナントプレセニリンタンパク質の大量合成に成功した。
2. Aβ代謝メカニズム（産生、分泌、分解）とその制御の研究
家族性アルツハイマー病に連鎖する遺伝子変異は Aβ の産生もしくは凝集性を高めることが示されているが、孤発性アルツハイマー病における Aβ 代謝の異常については不明な点が多い。
しかし近年、一部の孤発性アルツハイマー病患者では脳脊髄液における Aβ のクリアランス抑制が見られることが報告され、脳内における Aβ 産生と分解のバランスの異常が長期に渡ることにより老人斑蓄積を惹起し、アルツハイマー病発症に至ることが推測されている。従って脳内における Aβ 分解システムの理解は孤発性アルツハイマー病の治療・予防・診断法の開発に繋がる可能性がある。
これまでに Aβ 分解に関わるプロテアーゼとしてネプリライシンやインスリン分解酵素が同定されているが、前者は変性する細胞である神経細胞に、後者は貪食能が高いミクログリアに発現が見られる。一方、ヒト脳内でもっとも多くを占める細胞種アストロサイトは、アルツハ
イマー病患者脳で活性化していることが病理学的な特徴として知られているが、その意義や
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Aβ 代謝システムに対する寄与はほとんど解析されてこなかった。当教室ではこのアストロサ
イトと Aβ 代謝システムについて着目し研究を進め、新規 Aβ 分解酵素として Kallikrein-related
peptidase（KLK7）をノックアウトマウスを用いて解析している。特にアストロサイトにおけるKLK7 の発現が NMDA 受容体を介したシグナル経路によって負に制御されていることを見出し、その活性制御法の開発を進めている。
一方、アストロサイトが炎症性反応を制御する細胞であること、そして AD 患者脳内ではア
ミロイドが蓄積した周囲において活性化アストロサイトが集積していることに着目し、末梢組織におけるマクロファージや免疫細胞の炎症性反応を制御することが知られている脂質メディエーターが Aβ 分解活性を変化させる可能性を考え、スクリーニングを行った。その結果、ロイコトリエン類やドコサヘキサエン酸代謝産物など長鎖不飽和脂肪酸がヒトグリオーマ細胞における Aβ 分解活性を負に制御していることを見出した。そこでその下流シグナル経路の解明を行っている。
3. アルツハイマー病リスク因子がもたらす分子病態
遺伝学的な研究から、アルツハイマー病のなりやすさを決めるリスク因子があることが明らかになりつつある。特に近年のゲノム解析技術の進歩により、発症リスクの上昇は低いけれども多くの人がもっている遺伝学的な違い（Common variant）や、非常にもっている人は少ない
けれども発症リスクが著しく上昇するもの（Rare variant）などの遺伝学的リスク因子が見いだ
されるようになった。各リスク因子の正常機能を見ると、大きく小胞輸送、炎症反応、脂質代謝に分類される。アルツハイマー病の発症メカニズムとして脳内 Aβ の蓄積から、神経細胞間をつなぐシナプスの変容、細胞内タンパク質（タウなど）の異常によって発症に至ると考えられることから、各リスク因子がこの病態パスウェイのどこに関与しているのかについて、検証を進めている。
これまでに遺伝学的アルツハイマー病予防因子である PICALM 遺伝子がコードする CALM
タンパク質が、γ セクレターゼのエンドサイトーシスを制御することで Aβ42 産生を低下させることを発見し、AD モデルマウスにおいてもアミロイド蓄積量を変化させることを見出していた。さらにその脳領域特異性を詳細に検討したところ、Piriform cortex において特にアミロイド蓄積が早期から開始していること、またこの領域では BACE1 および CALM タンパク質の発現量が高いことを見出した。げっ歯類においては Piriform cortex は嗅球から海馬傍回、海馬へと投射する経路を介在しており、常に神経活動が活性化していることが推測される。神経細胞の過活動と Aβ 産生、そして蓄積の相関についてはヒトにおいても報告されている。BACE1
発現量は総 Aβ 産生量の亢進につながること、また神経活動と BACE1 発現量については既に複数の報告がなされているが、神経活動と CALM 発現量の相関については不明である。しかし CALM 発現量の増加はエンドサイトーシスされる γ セクレターゼの量を上昇させ Aβ42 産生の亢進を招来する可能性が示された。
一方、遺伝学的リスク因子のうち炎症反応に関わる遺伝子 INPP5D がイノシトールリン脂質のフォスファターゼであることに着目した。イノシトールリン脂質は頭部のイノシトール環のリン酸化状態によって様々なシグナル伝達に関わることが知られているが、近年その細胞内局在についても特異性が見られることが報告され、注目されている。特に INPP5D は末梢組織に
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おいてはマクロファージに発現が認められるが、脳内での発現細胞や機能についてはほとんど不明である。そこで INPP5D の機能解析について、培養細胞とノックアウトマウスを用いて開始した。INPP5D ノックアウトマウスにおいてはミクログリアの異常増生が認められ、中枢神経系においてはミクログリアの生存に関与していることが考えられた。今後 AD モデルマウスとの交配を進め、その病態への関与を検討する。
4. 細胞内小胞輸送の破綻と疾患
APP から Aβ が産生される上で、切断酵素であるセクレターゼを含めて神経細胞内での局在と小胞輸送が重要であることが示唆されている。また上記のように遺伝学的リスク因子のなかに、数多くの細胞内小胞輸送関連分子をコードする遺伝子が同定された。これらの事実から、
細胞内小胞輸送経路の異常は Aβ 代謝や神経細胞の生存に影響を与え、アルツハイマー病発症に至ることが考えられる。そこで網羅的かつ包括的に APP 代謝及び Aβ 産生に影響をあたえる
細胞内小胞輸送システムを理解することを目的として、これまでに Rab2 や Rab7、Rab8 が Aβ
産生・分泌に関わっていることを明らかにしていたことから、Rab8 および Rab7 についてはノ
ックアウトマウスの飼育を拡大し、AD モデルマウスとの交配を進めた。
一方近年、AD における病理学的特徴の一つであるタウの細胞内蓄積が病態進行とともに脳内に広がっていくこと、その様式が神経回路として機能的に接続が認められる神経細胞間に沿っていることから、タウ病理の細胞間伝播として注目を浴びている。この伝播メカニズムにおいては、細胞質に蓄積するタウが一旦細胞外に放出されて近傍の神経細胞の細胞質中のタウに影響を与えることが想定されており、これまでに知られていない細胞内外の物質輸送経路の関与が考えられている。そこでこのタウ伝播に関わるメカニズムを解明するべく、AD リスク因子の中でもタウとの関連が報告されている BIN1 について解析を行うため、BIN1 ノックアウト
マウスとタウトランスジェニックマウスの交配を開始した。またこれまでに Aβ 取り込みに関わる遺伝子を CRIPSR/Cas9 システムによるゲノムワイドスクリーニングにより同定、解析を進めてきたが、その手法をタウ伝播細胞モデルに適用することを念頭に、その条件検討を開始した。
5. 神経細胞シナプス接着分子の代謝メカニズムと機能Aβ 産生を行うセクレターゼの研究を行っていく中で、神経細胞をつないでいるシナプスに存在する接着分子が基質となっていることに気付き、いくつかの新しいセクレターゼ基質の生理機能に関する解析を進めてきた。興味深いことに、そういった神経細胞シナプス接着分子は自閉症スペクトラムや統合失調症、精神遅滞、てんかんなどの発達障害に関連しているものが非常に多いことも明らかとなってきた。そこでこれまでに当教室において進めてきたアルツハ
イマー病とセクレターゼの研究から学んだ「膜タンパク質代謝の異常が疾患を引き起こす」という事実と、その代謝システムの制御法が治療薬に繋がるという経験を踏まえ、神経細胞シナ
プス接着分子の代謝経路の解明とその制御法の開発という観点から、これらの精神疾患へ新しい創薬アプローチが出来るのではないかと考えて研究を展開している。
これまでに抑制性シナプスを形成する能力を持ち、自閉症スペクトラム症候群や統合失調症の原因遺伝子としても同定されている Neuroligin 2 や Neuroligin 4X が、APP と同じように細胞
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－
253 －

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外領域で切断を受け、引き続き γ セクレターゼによって分解されるメカニズムがあることを見出した。特に Neuroligin 2 については MT3-MMP が、Neuroligin 4X は ADAM10 によって第一段階目の切断を受けていることが明らかとなった。そして Neuroligin 2 の代謝が GABA 受容体
シグナルによって制御され、抑制性シナプスの形成および維持に関与する可能性を見出した。
また自閉症スペクトラム症候群患者において変異が同定されている Neuroligin 4X については、
これまでにフォールディング異常もしくは切断亢進により細胞表面膜上の Neuroligin 4X 発現量を低下させることを見出し、変異によって異なる分子機構を介して共通の機能欠失表現型を引き起こしていることを明らかにした。そして薬理学的介入法としてフォールディング変異についてはケミカルシャペロンである 4PBA、切断亢進変異に対してはメタロプロテアーゼ阻害剤を用いることでそれぞれのシナプス形成能の回復が可能であることを見出し、ゲノム情報に基づく Precision medicine の可能性を提起した。一方、Neuroligin 4X はヒト特異的な遺伝子であり、げっ歯類には存在しないことから、内因性分子の解析にあたってはヒト神経系サンプルが必須である。そこでヒト由来線維芽細胞を化合物カクテルにより神経細胞に誘導する手法を確立し、内因性 Neuroligin 4X タンパク質の代謝解析を開始した。
6. パーキンソン病の分子病態メカニズム解明
家族性にパーキンソン病を発症する家系の研究から、様々な遺伝子変異がパーキンソン病の原因となることが明らかになり、そのなかでも特に LRRK2 と呼ばれるキナーゼに着目して、パーキンソン病の分子病態解明を開始した。LRRK2 が小胞輸送制御因子である低分子量
GTPase Rab ファミリーに属するいくつかのタンパク質を生体内でリン酸化することがごく最近明らかになり、特に Rab10 が内因性 LRRK2 によるリン酸化が検出できる唯一の Rab である
ことを見出した。他にも複数の小胞輸送関連分子にパーキンソン病の原因となる遺伝子変異が同定されていることから、細胞内小胞輸送の異常がパーキンソン病の原因となっている可能性が考えられている。そこで LRRK2 による Rab リン酸化の生理的・病的機能や、その制御機構
を生化学、分子細胞生物学的手法により解析することを中心とし、パーキンソン病の分子病態
における小胞輸送異常の位置づけの解明と、分子メカニズムに基づいた画期的なパーキンソン病治療薬および診断薬の開発を目指した研究を展開していくことを考えている。

教育の概要
機能病態学教室では「病理学」を通じて様々な疾患・病的現象に関する基礎知識を学部学生に与えている。またこれまで担当した「機能形態学」における脳および筋肉の機能と構造に関する講義に加え、「細胞生物学」における細胞とオルガネラの構築、それらを観察する光学顕微鏡・電子顕微鏡技術に関する講義を担当している。生物系基礎教育について薬理・病理系の薬学実習 V
では顕微鏡を通して自らの目で組織・細胞のかたちを体得する「形態学」と「免疫細胞化学」を経験する機会を提供すると同時に、疾患モデル動物切片の観察を通じてヒトとモデル動物の違いについて理解を深めることができるようにしている。大学院学生の教育では「基礎薬科学特論」を担当し、疾患基礎研究や神経科学分野の最新知識を幅広く伝えることに努めている。

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－
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ラボメンバーに対しては、一方法に偏らず、形態学、生化学、遺伝学、細胞生物学、分子生物学、イメージング技術などの様々な手法を必要に応じて利用するように努めさせている。そのためには、疾患と関係のないような基礎的な生命科学の最新知識を理解・吸収することが重要であり、幅広く様々な知識を身につけるように指導している。教室スタッフとは日常的なディスカッ
ションに加えて、一ヶ月に一回、少人数ミーティングを行い、実際の生データ及び実験ノートをチェックしながら、研究の方向性を含めたディスカッションを行っている。基本的な研究テーマ
としては疾患メカニズムの理解と治療・予防法の解明を目指したものがほとんどであるが、その研究途上において見出される基礎生物学的知見についても見逃すことなく議論し、希望する場合には疾患研究から離れて基礎研究を展開することも許容している。一方、ラボ内での研究が多様化している現状で、メンバー間での情報共有が疎かにならないように、毎月の研究成果を手短にまとめた月報を提出させ、必ずラボ内で回覧されるようにしている。同時にグループ内でも論文
輪読会を行い、お互いの知識を高め研鑽を積んでいくことを推奨し、疾患研究と基礎研究の両輪を回しながら進める研究環境こそが個々の研究に対して win-win をもたらすという考え方を持たせるように心掛けている。
研究成果を発表することは、研究者としてもっとも重要なスキルの一つとして考えている。そこでラボセミナーを週一回ないし二回開催し、実際に実験成果を報告するプログレスレポートと、最新の原著論文について紹介すると同時に私見を述べるジャーナルクラブを開催している。セミ
ナーにおいては輪番で二名以上のディスカッサントを設定し、積極的な質問を行うよう、努めさせている。と、同時にチェアーを設け、発表時間のマネージメントを行う練習を行っている。そのため発表者としては、一定の時間内に、他人にわかりやすく解説できるとともに充分に質疑応
答に答えることができるような訓練を積めるようにしている。発表資料については英語で作成することを必須としており、常に研究内容、成果発表を英文で表現することを意識させている。博
士課程においては英文での原著論文の原稿を自分で仕上げるように指導する他、国際学会での発表を必ず行うようにしている。
前任の岩坪威教授が主宰する医学系研究科神経病理学分野とは親密な研究協力体制をとっており、機器や試薬に加えて実験結果をシェアし、情報共有を進めている。加えて、一ヶ月に一回、合同セミナーを行っている。こちらでの発表は修士もしくは博士課程の学生にとっては一年に一回程度となっているため、それぞれの研究テーマについてまとまったトーク内容として 20-30 分の英語でのプレゼンテーションを行うこと、またディスカッションについても英語で行うこととしており、国際学会での発表を視野に入れた訓練を行うようにしている。

自己点検･評価
当教室は 2014 年 4 月より富田泰輔が主任教授に就任し、堀由起子助教、高鳥翔助教によるフル
メンバーの体制で研究および教育を進めた。また 2016 年からは伊藤弦太特任助教が加わり、研究

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体制がさらに充実した。特にそれぞれのスタッフが神経変性疾患の病態生化学を背景としつつ、それぞれ得意とする研究内容が、プロテアーゼの酵素学と分子細胞病態（富田）、個体・組織イメージング解析学（堀）、電子顕微鏡を活用した超微細形態学（高鳥）、キナーゼの酵素学と病態生
化学（伊藤）と分野が異なることで、教室内での幅広い研究分野を十分にサポートできるスタッ
フ構成となっている。
当教室の研究目標は、「疾患の基礎研究を通じて新しい生物学を開拓する」ことである。すなわ
ち、疾患という生体の異常な状態を理解するためには、正常な状態がどのようなものであるかを把握している必要がある。一方で生理的な状態を理解するためには様々な機能欠失・亢進を人工的に導入し、異常な状態を観察する。このサイクルが疾患基礎研究と基礎生物学の根幹をなしており、その結果お互いの裾野を拡げ、新たな生物学が切り拓かれてきたと考えている。また新しい生物学の知見が革新的な創薬研究に繋がることはこれまでの歴史的な経緯を考えても当然である。従って当教室では、治療・予防法を目指した応用研究のみならず、基礎生物学への展開を常に見据えた研究ポリシーを中心に据えている。
実際、競争およびトレンドの移り変わりが激しい神経変性・精神疾患研究分野において、重要
かつオリジナリティの高いテーマを見出し、世界との競争を意識しながら着実に進めるように研究を進めている。これまではアルツハイマー病研究において培ってきた経験を活かし、プロテアーゼによるタンパク質分解・代謝の異常と疾患発症メカニズムにおける分子病態解明、という研究テーマを主軸としてきた。しかし最近では、炎症反応、慢性化、臓器連関、バイオマーカーなどをキーワードとして、疾患の原因となる分子変容が複合的に作用し生じる細胞レベルでの病態の理解、更には生体システムの破綻としての病態を捉える研究展開を意識し方向性を拡張つつある。同時にスタッフ数の拡充に伴いパーキンソン病の研究を開始し、疾患基礎研究を行う研究室としての多様性を高め、様々な視点から疾患メカニズムを深く追求する体制を整えつつある。また幾つかのテーマについては製薬企業との共同研究も始めており、神経精神疾患に対する新たな治療・予防・診断法開発に向けて進みつつあると自負している。

学
1)

術

論

文

Steger M, Tonelli F, Ito G, Davies P, Trost M, Vetter M, Wachter S, Lorentzen E, Duddy G, Wilson S,
Baptista MA, Fiske BK, Fell MJ, Morrow JA, Reith AD, Alessi DR, Mann M. Phosphoproteomics

reveals that Parkinson's disease kinase LRRK2 regulates a subset of Rab GTPases. Elife. 5,
2016. pii: e12813. doi: 10.7554/eLife.12813
2)

Futai E, Osawa S, Cai T, Fujisawa T, Ishiura S, Tomita T: Suppressor mutations for presenilin 1
familial Alzheimer disease mutants modulate γ-secretase activities. J Biol Chem 291(1):435-446, 2016.
doi: 10.1074/jbc.M114.629287. PMID: 26559975

3)

Takatori S, Tatematsu T, Cheng J, Matsumoto J, Akano T, Fujimoto T: Phosphatidylinositol
3,5-bisphosphate-rich membrane domains in endosomes and lysosomes. Traffic 17(2):154-167, 2016.
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－
256 －

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doi: 10.1111/tra.12346. PMID: 26563567
4)

Takatori T, Fujimoto T: A novel imaging method revealed phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate-richdomains in the endosome/lysosome membrane. Commun Integr Biol. 2016 Feb 22;9(2):e1145319.
doi: 10.1080/19420889.2016.1145319.

5)

Tominaga A, Cai T, Takagi-Niidome S, Iwatsubo T, Tomita T: Conformational changes intransmembrane domain 4 of presenilin 1 are associated with altered Aβ42 production. J Neurosci
36(4):1362-1372, 2016. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5090-14.2016. PMID: 26818522

6)

Ueda N, Tomita T, Yanagisawa K, Kimura N: Retromer and Rab2-dependent trafficking mediate PS1
degradation by proteasomes in endocytic disturbance. J Neurochem 137(4):647-658, 2016. doi:
10.1111/jnc.13586. PMID: 26896628

7)

Hayashi Y, Nishimune H, Hozumi K, Saga Y, Harada A, Yuzaki M, Iwatsubo T, Kopan R, Tomita T: A
novel non-canonical Notch signaling regulates presynaptic formation in postmitotic neurons. Sci Rep
6: 23969, 2016. doi:10.1038/srep23969. PMID: 27040987

8)

Miyagawa T, Ebinuma I, Morohashi Y, Hori Y, Chang MY, Hattori H, Maehara T, Yokoshima S,
Fukuyama T, Tsuji S, Iwatsubo T, Prendergast GC, Tomita T: BIN1 regulates BACE1 intracellulartrafficking and amyloid-β production. Hum Mol Genet 25(14):2948-2958, 2016. pii: ddw146. Doi:
10.1093/hmg/ddw146. PMID: 27179792

9)

Shinoda T, Shinya N, Ito K, Ishizuka-Katsura Y, Ohsawa N, Terada T, Hirata K, Kawano Y, Yamamoto
M, Tomita T, Ishibashi Y, Hirabayashi Y, Tomomi Kimura-Someya T, Shirouzu M, Yokoyama S: A
systematic cell-free methodology to produce mammalian membrane proteins for crystallography. Sci
Rep 6: 30442, 2016. doi: 10.1038/srep30442. PMID: 27040987

10) Kanatsu K, Hori Y, Takatori S, Watanabe T, Iwatsubo T, Tomita T: Partial loss of CALM function

reduces Aβ42 production and amyloid deposition in vivo. Hum Mol Genet 25(18):3988-3997, 2016.
pii: ddw239. doi: 10.1093/hmg/ddw239. PMID: 27466196
11) Ito G, Katsemonova K, Tonelli F, Lis P, Baptista M, Shpiro N, Duddy G, Wilson S, Ho WL, Ho SL,

Reith AD, Alessi DR: Phos-tag analysis of Rab10 phosphorylation by LRRK2: a powerful assay forassessing kinase function and inhibitors. Biochem J. 2016 Jul 29. pii: BCJ20160557. PMID:
27474410
12) Reinhardt S, Grimm M, Stahlmann C, Hartmann T, Shudo K, Tomita T, Endres K: Rescue ofhypovitaminosis A induces non-amyloidogenic Amyloid Precursor Protein (APP) Processing. Curr
－251－
－
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Alzheimer Res 13(11):1277-1289, 2016. PMID: 27335034

総
1)

説

・

著

書

・

論

説

Kanatsu K and Tomita T: Membrane trafficking and proteolytic activity of γ-secretase in Alzheimer
disease. Biol Chem 397(9):827-835, 2016. doi: 10.1515/hsz-2016-0146. PID: 27390881

2)

Kanatsu K and Tomita T: Molecular mechanisms of the genetic risk factors in pathogenesis of
Alzheimer disease. Front Biosci (Landmark Ed) 22: 180-192, 2017. PMID: 27814610

3)

Tomita T: Probing the structure and function relationships of presenilin by substituted-cysteine
accessibility method. Methods Enzymol 584:185-205, 2017. doi: 10.1016/bs.mie.2016.10.033. PMID:
28065263

4)富田泰輔：Alzheimer 病治療に向けた新規標的分子機構 最新医学 増刊 71: 639-643, 20165)富田泰輔：アルツハイマー病の病態修飾薬開発戦略と現況

医薬ジャーナル 52(3): 83-85,

2016
6)

富田泰輔：BACE1（β-site APP-cleaving ewnzyme 1）阻害薬 日本臨牀7)

富田泰輔：アポリポタンパク質 E と認知症 生物の科学「遺伝」

8)

富田泰輔：アルツハイマー病の撲滅に向けて 現代化学 542:27-30, 20169)富田泰輔：アルツハイマー病リスク遺伝子から見る新しい治療の可能性 脳 21

74(3): 427-431, 2016

70(3): 230-234, 201619(3): 59-63,

201610) 富田泰輔：γセクレターゼ活性制御によるアルツハイマー病治療薬開発 生体の科学 67(4):286-290, 2016

招
1)

2)

待

講

演

富田泰輔：好きなものに無我夢中

教養学部進学選択シンポジウム「私はどのようにして進路を決めたか」 2016 年 4 月 20 日

駒場

Taisuke Tomita: Effect of γ-secretase inhibitor and modulator on the conformation of presenilin 1 May
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－
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9-11, 2016. 4th International Conference on Molecular Neurodegeneration (ICMN2016). Seoul, Korea
3)富田泰輔：アルツハイマー病の先制医療開発に向けた創薬研究2016 年 6 月 28 日 お茶の水

女子大学理学部特別講義 東京
4)富田泰輔：アルツハイマー病の先制医療開発に向けた創薬研究
大学大学院医学系研究科講義5)2016 年 7 月 20 日 第 39 回日本神経科学大会 横浜

富田泰輔：認知症の撲滅に向けた創薬研究
年8月4日

7)

神奈川

富田泰輔：アストロサイト由来プロテアーゼ KLK7 によって制御される脳内 Aβ分解メカニ
ズムの解明

6)

東京大学オープンキャンパス

模擬講義

2016

東京

富田泰輔：膜内配列切断活性を制御するプレセニリンの構造ダイナミクスの解明
月 6 日 第 21 回日本病態プロテアーゼ学会学術集会

8)2016 年 7 月 12 日 横浜市立

2016 年 8大阪

富田泰輔：認知症に対する先制医療・治療法開発に向けた新展開 2016 年 8 月 25 日 Mie AD
Symposium 三重

9)富田泰輔：Session 4: Aβオリゴマーか、タウか、あるいは両方か？永久に続く問い 2016 年
8 月 26 日 タウ研究会 東京

10) 富田泰輔：認知症に対する先制医療・治療法開発に向けた新展開 2016 年 9 月 13 日 若手神経内科のための認知症セミナー 新潟
11) Taisuke Tomita: Aberrant proteolytic processing and therapeutic strategies in Alzheimer disease.
October 3, 2016. 56th Advances in Biological Regulation. Bologna, Italy
12) 富田泰輔：膜蛋白複合体の構造活性相関とケミカルバイオロジーの応用 2016 年 10 月 12 日
東京工業大学学部講義 東京
13) 富田泰輔：アルツハイマー病の先制医療開発に向けた創薬研究2016 年 10 月 12 日 東京工業大学大学院工学系研究科大学院講義 東京
14) 富田泰輔：アルツハイマー病に対する早期診断・先制医療の開発に向けて 2016 年 10 月 21日

先端創薬科学セミナー2016 東京

15) Taisuke Tomita: Pathological impact of astrocyte-mediated proteolytic processing on amyloid-ß
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deposition. November 13, 2016. Neuroscience 2016, San Diego, USA

受

賞

1)

木村美咲 日本薬学会 136 年会 学生優秀発表賞 2016 年 4 月 11 日

2)菊池一徳 第 16 回東京生命科学シンポジウム BIO UT 優秀ポスター賞 2016 年 4 月 23 日

3)

建部卓也 第 35 回日本認知症学会学術集会 学会奨励賞（基礎部門） 2016 年 12 月 2 日

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◆ 医学部附属病院薬剤部 ◆教 授

鈴木 洋史（すずき・ひろし）

1984年東京大学卒、1987年同大学大学院薬学系研究科博士課程中退
前職：東京大学 医学部附属病院薬剤部 助教授、薬学博士

講 師

高田 龍平（たかだ・たっぺい）

1999年東京大学卒、2004年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学 医学部附属病院薬剤部 助教、薬学博士

助 教

雨宮 貴洋（あめみや・たかひろ）

2002年昭和薬科大学卒、2013年東京大学大学院医学系研究科博士課程修了、薬学博士

助 教

池淵 祐樹（いけぶち・ゆうき）

2007年東京大学卒、2012年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了、薬学博士

助 教

大野 能之（おおの・よしゆき）

1997年東京薬科大学卒
前職：帝京大学 医学部附属市原病院薬剤部、薬学博士

助 教

苅谷 嘉顕（かりや・よしあき）

2006年東京大学卒、2011年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了、薬学博士

助 教

高山 和郎（たかやま・かずお）

1991年昭和薬科大学卒、1993年同大学大学院修士課程修了、薬学修士

助 教

黛 知子（まゆずみ・ともこ）

2006年東京大学卒、2008年同大学大学院薬学系研究科修士課程修了、薬学修士

助 教

山梨 義英（やまなし・よしひで）

2005年東京大学卒、2010年同大学大学院薬学系研究科博士課程修了、薬学博士

特任助教 豊田 優（とよだ・ゆう）
2007年東京工業大学卒、2012年同大学大学院理工学研究科博士課程修了、工学博士

特任准教授

本間 雅（ほんま・まさし）（東京大学医学部 薬理動態学寄付講座）
1997年東京大学卒、1999年同大学大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：三共株式会社、薬学博士

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研究の概要薬剤の適正使用には科学的根拠が求められ、薬剤と相互作用する生体内因子の理解が必要不可欠である。ここでいう生体内因子には薬効標的、副作用標的に加え、薬剤の吸収、代謝、分布、排泄に関わる輸送体や酵素などあらゆる相互作用因子が相当する。しかし、既に臨床で用いられている薬剤ですら薬効標的、副作用標的の不明なもの、体内動態主要支配因子の定量的な議論が不十分なものが多く存在し、薬剤の適正使用を行っていく上では解決されるべき問題点として残されている。
また、治療法そのものが確立されていない疾患も未だ多く存在し、それら疾患においては発症機構の解明、薬効標的の探索といった基礎研究が急務である。さらには、各生体要素の分子レベルでの機能と、生命活動全体において果たしている機能の関係は、単純な一対一対応では理解できないことが判ってきており、薬剤と単一標的分子の関係のみの考慮では臨床効果を評価・予測する上では不十分である。最終的には、薬剤、標的分子を取り巻く他の多種分子がどのように組み上がって全体を構成し、どこに位置して機能し、全体としてどのように動作しているのかを明らかにする必要があり、これはすなわち生命活動を「システムとして理解」することに対応している。以上の共通理念のもと、薬剤部においては、ここ数年にわたり、種々疾患領域において薬効標的・副作用と想定される複数候補分子の中から、最も密接に関連する標的分子を同定する、あるいは創薬段階の初期において、発現しうる効果・副作用を包括的に予測するなど、現在では未だ解決困難な問題点に関して、システム薬理学の手法を用いて解決することを目指して研究を行っている。一方で、日常の臨床現場で用いられている薬物の用法・用量の最適化に関する研究、あるいは薬物相互作用に関する網羅的かつ定量的な情報提供法の確立に向けた研究も継続して行なっており、科学的根拠に基づいた薬物療法支援として既にその一部は臨床にフィードバックされて活用され始めている。上記のように、薬剤部における研究と業務の相互循環の体制が確立しつつあるといえる。
以下に、薬剤部で行われている個々の研究テーマについて具体例を示す。
１．尿酸・コレステロール・脂溶性ビタミンなどの生体内輸送を制御する分子メカニズムを解明し、それらの統合的理解に基づく生活習慣病治療法の確立を目指した研究
生体内には数多くの輸送体（トランスポーター）が存在し、各々が特異的な輸送基質の認識性や組織発現・細胞内局在を有することにより生理的機能を発揮している。薬剤部研究室では、尿酸・コレステロール・脂溶性ビタミンなどの内因性物質の輸送を担うトランスポーターに着目し、分子生物学的・細胞生物学的手法や各種動物モデルを用いた基礎研究と診療情報やヒト検体を用いた臨
床研究の両側面から解析を進めている。個々のトランスポーターの新たな生理基質・生理機能や発現調節機構を明らかにするとともに、得られた知見を統合的に理解し生体を一つのシステムとして捉えることにより、新たな生活習慣病治療法を確立することを目指し研究を行っている。具体的な研究対象としては、脂質の恒常性維持において重要な役割を果たす胆汁脂質（胆汁酸・リン脂質・コレステロール）の胆汁排泄を担い、種々の遺伝性疾患の原因遺伝子であるトランスポーター群（BSEP/ABCB11、MDR3/ABCB4、ABCG5/G8（Yamanashi Y, Takada T, et al., Gastroenterology, 2011など））や、脂質異常症治療薬エゼチミブ（ゼチーア）の薬理標的であり、消化管上皮細胞刷子縁膜・肝細胞毛細胆管膜を介した脂溶性物質の吸収に働く Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）（Yamanashi Y,
Takada T, et al., Hepatology, 2012; Takada T, et al., Science Translational Medicine, 2015 など）
、尿酸の
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生体外への排出を担い、高頻度に見られる遺伝子多型が血清尿酸値や痛風発症リスクに大きな影響を与えることが明らかとなった BCRP/ABCG2（Matsuo H, Takada T, et al., Science Translational

Medicine, 2009; Ichida K, Matsuo H, Takada T, et al., Nature Communications, 2012 など）などが挙げられる。
２．骨吸収・骨形成に関わるシグナル分子の動的制御メカニズムを解明し、それらの統合的理解に基づく骨代謝疾患治療法の確立を目指した研究
Receptor Activator of NF-κB (RANK) ligand (RANKL)は、骨芽細胞に発現するリガンド分子であり、生体における骨吸収レベルを最終的に決定する最も重要な因子である。このため、RANKL シ
グナル受容分子である RANK の下流伝達経路は精力的に研究されてきた。一方、シグナルの入力強度を決定する重要な要因であるにも関わらず、RANKL の細胞内挙動とその制御機構に関しては、
これまで十分な研究が行なわれていなかった。薬剤部研究室においては、この点に着目した分子論的研究を進めてきた結果、①骨芽細胞において、通常 RANKL の大部分は細胞内の分泌型リソソー
ムに蓄積されており、細胞膜表面には僅かに発現しているのみであること、および②この細胞膜表面に局在する少量の RANKL は、破骨前駆細胞内にシグナルを入力するリガンド分子としてだけ
でなく、RANK との相互作用に伴って骨芽細胞内にリバース・シグナルを伝達するシグナル受容分子としても機能し、③このリバース・シグナルによって、分泌型リソソームからの RANKL 放出がトリガーされること、などを見出してきた。またさらに、骨芽細胞に発現する RANKL のデコイ受
容体 osteoprotegerin (OPG)は従来、細胞外に分泌された後に細胞膜表面の RANKL と結合することでシグナル伝達を阻害していると考えられてきたが、④実は大部分の RANKL はゴルジ体でのタンパク質合成段階で既に OPG と相互作用しており、OPG と複合体を形成した RANKL が Class C Vps
complex との相互作用を介して分泌型リソソームへの選別輸送を受けていること、およびこの OPG
による RANKL 選別輸送の調節機能は、デコイ受容体としての機能より大きく破骨細胞活性化抑制に寄与していること、なども明らかにしている。これらの結果は、RANKL の細胞内局在の制御が生体における骨代謝調節に極めて重要な役割を果たしていることを示唆しており、従来の RANKL
シグナル伝達制御に関する知見を大きく書きかえる研究へと発展している。現在は、RANKL リバ
ース・シグナルに関与する細胞内分子基盤の解明を目指した研究を精力的に進め、MAPK-mTOR シ
グナル伝達経路が主要な役割を果たしている可能性を見出しており、骨粗鬆症治療への応用を目指した研究への展開を目指している。
３．創薬段階で意図しなかった分子に対する作用を包括的に考慮した、分子標的抗がん剤の薬理・
毒性発現メカニズムの定量的理解と、臨床応用および新規創薬手法の確立を目指した研究
2000 年代に入り、抗 Her2 モノクローナル抗体トラスツズマブが転移性乳がんの治療薬として発売されたのを皮切りに、新しい分子標的薬が続々と上市され、がん薬物療法は長足の進歩を遂げている。特に近年、種々のチロシンキナーゼ阻害作用を有する小分子化合物（TKI）が数多く開発され、従来の治療成績を大きく凌駕する成果があげられており、現在も多数の TKI に関して臨床開発が進行中である。一方、TKI においては、抗体医薬で得られる極めて高い標的選択性を達成することは難しく、実際には開発段階で想定された標的以外のキナーゼ分子に対しても阻害プロファ
イルを有する（オフ・ターゲット）ことが明らかとなってきており、これが薬効の延長線上で捉え
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－
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られない副作用発現プロファイルの違いにつながる可能性が指摘されている。薬剤部研究室ではこれまで、臨床用量での血漿中非結合型薬物濃度プロファイルと、ヒト・キナーゼに対する網羅的阻
害プロファイルを基に、臨床使用した際の作用・副作用の発現プロファイルの予測を目指した検討を行ってきた。これらオフ・ターゲット阻害の特徴として、プライマリ・ターゲットと比較して阻害が弱く、臨床における血中濃度範囲で阻害率が大きく変動し得るという点があり、副作用発現の個人差に繋がる可能性もあることから、将来的には個別化医療への展開も目指している。例を挙げると、EGFR を薬理標的とする TKI で非小細胞肺癌に対する治療に用いられるゲフィチニブとエルロチニブに関して、エルロチニブ治療群で発症頻度の高い副作用である皮膚障害に着目して検討を進めた。その結果、エルロチニブのオフ・ターゲットとなっている STK10 の阻害によってリンパ球の活性化が生じ、皮膚障害が増悪するというメカニズムが明らかとなっている。この他の複数のTKI に関しても包括的に検討を進めており、いくつかの毒性標的キナーゼに関する基礎研究結果に関しては臨床への応用を意図した臨床研究を開始する段階にあり、臨床・創薬への実用化を目指している。
４．大規模オミクス解析を用いて、薬物の副作用発現に関わる分子メカニズムを解明し、それらの定量的な理解に基づく副作用発現の予防・治療法の確立を目指した研究
医薬品の候補化合物を見つけ、開発を開始してから上市に至るまでの成功確率は 0.13%と極めて低く、また臨床開発を開始した後の成功確率も 1 割程度に過ぎない。この効率の悪さの主要な原因
として、毒性・副作用の発現があげられる。2000 年の調査では、臨床開発中断の原因の半分以上は、薬理効果と安全性・毒性のバランスが期待と異なるためとされ、毒性予測の精度が低いことがボトルネックとなっているのが現状である。また上市後でも、トログリタゾンのように薬物自体の毒性が問題となり市場から撤退された薬物、あるいはセリバスタチンのように、薬物相互作用という
薬物動態上の問題が安全性の懸念となり市場から撤退された薬物もあり、その損失は多大である。
特に、薬物自体の有する本質的な毒性としては、発生頻度が他に比べて高く、かつ予測が難しいた
めに、医薬品開発上最も問題となる肝毒性が挙げられるため、薬剤部研究室ではこの点に焦点を当てた研究を継続的に進めている。これまでに薬物誘発性肝障害発症患者で見出された種々リスク因
子を事前にラット個体あるいは培養肝細胞に負荷しておくことで、薬剤単独、あるいは過去に提唱されているアダクト生成を指標とした評価方法に比べて、精度良く各薬剤の特異体質性肝障害誘発リスクの評価が可能となることを確認している。入院患者のカルテ調査を進めるとともに、事前リスク因子が薬物と協調して障害を惹起する分子メカニズムについての解明も並行して行なっている。
５．薬剤部の業務研究
臨床における薬剤師の重要な業務として、医薬品情報の提供が挙げられるが、特に近年では、日々膨大な量の医薬品情報が報告されており情報過多の状況となっている。そのため、薬剤師には膨大な医薬品情報の品質を正確に評価し、本質を見極め、臨床に還元できる形で再構築して提供することが求められている。このことを念頭に薬剤部においては、チトクロム P450（CYP）を介した薬物相互作用の情報提供に関する研究、急性期病棟における薬物の投与量設計に関する研究をはじめとして、幅広い業務研究を実施している。
CYP の阻害及び誘導は臨床上も重大な問題であるが、組み合わせが膨大であるが故に網羅的な予
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測は困難であり、添付文書の記載も臨床において相互作用に適切に対処するには質量ともに不十分であることから、FDA が新しいガイダンスを発表するなど、世界的にも注意喚起の改善の試みが盛んである。そのような背景から、薬剤部では少数の臨床試験の結果から 3 つの本質的なパラメー
ター、すなわち原因となる CYP 分子種の経口クリアランスに対する代謝寄与率（CR）、阻害剤の活性阻害率（IR）および誘導剤によるクリアランス増加（IC）を抽出し、多数の CYP3A4, 2D6, 2C9の基質と阻害剤、さらに CYP3A4 の誘導剤の組み合わせで、AUC の変化率を予測し、実際の相互作用試験による報告値と比較したところ、予測精度は非常に良好であった。さらに、この方法で予測された相互作用の AUC 変化の程度と、日本、米国、英国の医薬品添付文書の相互作用の注
意喚起の程度とを比較検討した結果、相互作用を生じる組み合わせが、添付文書に記載されていない、相互作用の程度の判別基準が不明確である、などの可能性が示された。そこで我々は、薬物相互作用による薬物動態の変化と安全域を考慮した網羅的な注意喚起がなされるべきであると考え、PISCS (Pharmacokinetic interaction severity classification system)を提案した。PISCS は東大病院における医薬品情報提供に応用しており、この取り組みは国内外で注目を集めている。
また、急性期病棟でよく施行される持続血液濾過透析導入時の抗菌薬の投与量についても、現状
では経験的な投与量が用いられ、血中濃度コントロールに難渋するケースも多い。そこで薬剤部では、臨床データの詳細な解析を行うことで、持続血液濾過透析による薬物クリアランスは透析液流量と薬物のタンパク結合率から精度よく予測できることを見出した。
さらに、この予測法に基づき、持続血液濾過透析導入時の論理的な抗菌薬投与量ノモグラムを作成し、実臨床における情報提供に応用している。これらの成果や取り組みは、学術論文をはじめ各種学会や総説で発表され、大きな注目を集めている。
一方で、薬剤師による薬剤関連業務の質的向上を目指した研究も精力的に行っている。チーム医療においては、薬剤師には薬剤の適正使用に対してより本質的かつ積極的に貢献することが求められている。そこで、薬剤部ではチーム医療において薬剤師が副作用の早期発見・発生防止に貢献している事例の収集・解析をはじめ、医療において薬剤師がその能力を発揮するために必要となる対応策の提言、および今後の薬剤業務の中心となるべき 6 年制課程の薬学生に対する長期実務実習のあり方に関する調査研究といった一連の調査研究を厚生労働省科学研究費補助金の補助を受け実施してきた。さらには、薬薬連携を目指した薬歴情報共有システムの開発や、抗悪性腫瘍薬調製時に問題となる調製者の被曝に関する定量的解析と防御法の開発など、薬剤関連業務の改良を志向した研究も積極的に展開している。

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教育の概要医学部附属病院薬剤部では、薬学部をはじめとして、医学部医学科、医学部健康総合科学科において以下のような講義および実習を実施している。
１．薬学部・薬学系研究科
１-１ 薬学部
薬学部学生を対象として「医療薬学」（薬学科、薬科学科ともに必修）の講義を担当した。ここでは、医療の中での薬学について習得することを目標に、医療制度、医薬品の有効性と安全性、薬剤師の業務（調剤、製剤、病棟活動）、 重要な疾患に対する薬物治療、臨床薬物動態学、薬物相互作用などについて講義した。また、薬学実務実習では、遺伝子多型に基づく個別化医療について理解を深めることを目的として、10 月末の４日間に自身の口腔粘膜より抽出したゲノム DNA を材料としてアルコールデヒドロゲナーゼおよびアルデヒドデヒドロゲナーゼの遺伝子多型判定を実施した。この実習を行うことにより、微量の生体試料からのゲノム DNA 抽出と増幅を行う技術の習得、多型判定結果の解釈に関する知識の習得、さらには臨床研究を実施する上で必要な倫理的配慮・個人情報保護に関する考え方の習得も可能である。また、病院薬剤部の担う薬剤師教育の重要性は、平成 18 年度より開始した薬学部 6 年制教育への移行によりますます高まっているため、この点についても積極的な教育業務を展開している。長期実務実習として、東京大学、東京薬科大学、昭和薬科大学、星薬科大学、武蔵野大学からの薬学部実習生に対し、2.5 ヶ月間の現場教育を行った。
１-２ 薬学系研究科
大学院では、講義「基礎薬科学特論 IV」（S1 および S2、２単位、毎年開講）、クリニカルサイエンス
特論（S1 および S2、２単位、毎年開講）、医療薬学特論（A1 および A2、２単位、隔年開講）を分担で担当している。
１-３ 研究室所属学生
薬剤部配属の学生に対しては、研究セミナーや文献紹介セミナーを通じて最新の研究動向や基礎学力の向上を図ると同時に、研究を進めるために必要となる論理的思考法やプレゼンテーション能力を獲得するための教育を行っている。さらに、薬剤部職員による実例検討会やコロキウムなどを通して医療薬学の現場を学ぶことにより、薬学を臨床に適用していくための応用学力も身につけることとなる。
薬剤部研究室出身の卒業生は、薬剤師として臨床に知識を還元するだけでなく、十分な基礎研究の経験、医療現場で薬学教育を受けた経験を活かし、病院や大学のアカデミアポストで教育・研究を継続するケース、製薬企業における研究・開発部門や厚生労働省、文部科学省、特許庁などの官公庁に進むケースなども多く、幅広い分野で活躍している。

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２．医学部・医学系研究科
医学部医学科学生の教育としては、５・６年次医学部臨床実習の一部として、３日間の臨床薬剤学実習を実施し、適正な処方設計とリスクマネジメントなど薬物療法を実践するために必須な知識を教育している。医学系研究科大学院生に対しては、「病因・病理学」の選択講義を担当し、薬物療法に関する基礎知識、特に臨床的に重要な薬物動態学的、薬力学的な考え方を教育している。また、医学部健康総合科学科学生に対しては、必修講義「薬理・毒性学」の臨床薬物動態学を担当している。さらに、初期教育の一環として、教養学部１年生を対象に前期の週一回夕方 90 分×３回に渡りゼミを担当し、薬剤部での研究・業務について見学・講義を行なっている。

自己点検・評価
薬剤部は薬学の基礎と臨床応用の接点に位置しており、医療における薬学の応用を常に課題として考えている。臨床での薬物療法においては、効果を最大限に、副作用を最小限にすることが目標となるが、この目標の達成には薬学を基盤とした科学的根拠が必要である。このような最適な薬物療法を裏付ける研究が Evidence-Based Medicine（EBM）に必要不可欠と考え、研究を進めている。
研究内容は、従来からの pharmacokinetic / pharmacodynamic (PK/PD) 解析および薬物動態関連遺伝子多型と医薬品の薬効・副作用発現の個人差に関する研究に加え、遺伝性疾患の発症機構解析、
脂質代謝、尿酸代謝および骨代謝機構の解析と創薬・個別化医療への応用研究を進めている。倫理委員会の承認のもと、患者血液サンプル等を利用した様々な研究が進行中である。
薬剤師の日常業務と密接した医薬品情報提供に関する研究においては、ここ数年取り組んできた
薬物相互作用の網羅的予測に関する研究が学術的に国内外から高く評価され、シンポジウム等で多数の依頼講演を行なっている。さらに、東大病院における医薬品に関する情報提供にも利用され、その成果は着実に実務へと還元され始めている。

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＜原著論文＞(1)

Higashino T, Matsuo H, Sakiyama M, Nakayama A, Nakamura T, Takada T, Ogata H,
Kawamura Y, Kawaguchi M, Naito M, Kawai S, Takada Y, Ooyama H, Suzuki H,
Shinomiya N. Common variant of pdz domain containing 1 (PDZK1) gene is associatedwith gout susceptibility: A replication study and meta-analysis in japanese population.

Drug Metab Pharmacokinet. 2016;31:464-66.
(2)

Matsuo H, Tsunoda T, Ooyama K, Sakiyama M, Sogo T, Takada T, Nakashima A,
Nakayama A, Kawaguchi M, Higashino T, Wakai K, Ooyama H, Hokari R, Suzuki H,
Ichida K, Inui A, Fujimori S, Shinomiya N. Hyperuricemia in acute gastroenteritis iscaused by decreased urate excretion via ABCG2. Sci Rep. 2016;6:31003.

(3)

Matsuo H, Yamamoto K, Nakaoka H, Nakayama A, Sakiyama M, Chiba T, Takahashi A,
Nakamura T, Nakashima H, Takada Y, Danjoh I, Shimizu S, Abe J, Kawamura Y,
Terashige S, Ogata H, Tatsukawa S, Yin G, Okada R, Morita E, Naito M, Tokumasu A,
Onoue H, Iwaya K, Ito T, Takada T, Inoue K, Kato Y, Nakamura Y, Sakurai Y, Suzuki H,
Kanai Y, Hosoya T, Hamajima N, Inoue I, Kubo M, Ichida K, Ooyama H, Shimizu T,
Shinomiya N. Genome-wide association study of clinically defined gout identifies multiple
risk loci and its association with clinical subtypes. Ann Rheum Dis. 2016;75:652-9.

(4)

Miyata H, Takada T, Toyoda Y, Matsuo H, Ichida K, Suzuki H. Identification of febuxostat
as a new strong ABCG2 inhibitor: Potential applications and risks in clinical situations.

Front Pharmacol. 2016;7:518.
(5)

Miyata Y, Akamatsu N, Sugawara Y, Kaneko J, Yamamoto T, Suzuki H, Arita J,
Sakamoto Y, Hasegawa K, Tamura S, Kokudo N. Pharmacokinetics of a once-daily dose of
tacrolimus early after liver transplantation: With special reference to CYP3A5 and
ABCB1 single nucleotide polymorphisms. Ann Transplant. 2016;21:491-9.

(6)

Sakiyama M, Matsuo H, Shimizu S, Nakashima H, Nakamura T, Nakayama A,
Higashino T, Naito M, Suma S, Hishida A, Satoh T, Sakurai Y, Takada T, Ichida K,
Ooyama H, Shimizu T, Shinomiya N. The effects of URAT1/SLC22A12 nonfunctionalvariants, R90H and W258X, on serum uric acid levels and gout/hyperuricemia
progression. Sci Rep. 2016;6:20148.

(7)

Stiburkova B, Miyata H, Zavada J, Tomcik M, Pavelka K, Storkanova G, Toyoda Y,
Takada T, Suzuki H. Novel dysfunctional variant in ABCG2 as a cause of severe
tophaceous gout: Biochemical, molecular genetics and functional analysis. Rheumatology(Oxford). 2016;55:191-4.
(8)

Sugamori Y, Mise-Omata S, Maeda C, Aoki S, Tabata Y, Murali R, Yasuda H, Udagawa N,
Suzuki H, Honma M, Aoki K. Peptide drugs accelerate BMP-2-induced calvarial boneregeneration and stimulate osteoblast differentiation through mTORC1 signaling.

Bioessays. 2016;38:717-25.
(9)

Takaki J, Ohno Y, Yamada M, Yamaguchi R, Hisaka A, Suzuki H. Assessment ofdrug-drug interaction between warfarin and aprepitant and its effects on PT-INR of
－264－
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patients receiving anticancer chemotherapy. Biol Pharm Bull. 2016;39:863-8.
(10) Tomioka NH, Tamura Y, Takada T, Shibata S, Suzuki H, Uchida S, Hosoyamada M.
Immunohistochemical and in situ hybridization study of urate transporters glut9/uratv1,
abcg2, and urat1 in the murine brain. Fluids Barriers CNS. 2016;13:22.
(11) Toyoda Y, Gomi T, Nakagawa H, Nagakura M, Ishikawa T. Diagnosis of human axillaryosmidrosis by genotyping of the human abcc11 gene: Clinical practice and basic scientificevidence. Biomed Res Int. 2016;2016:7670483.
(12) Toyoda Y, Takada T, Miyata H, Ishikawa T, Suzuki H. Regulation of the axillaryosmidrosis-associated ABCC11 protein stability by N-linked glycosylation: Effect of
glucose condition. PLoS One. 2016;11:e0157172.
(13) Toyoda

Y,

TakadaT,

Suzukicholangiocarcinoma

risk:

1,2-dichloropropane

evidenced

H.

Biliaryby

Halogenatedexcretion
untargetedofhydrocarbon

solvent-related

glutathione

conjugates

metabolomics

analysis.

Sci

of

Rep.

2016;6:24586.

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＜総 説・解 説＞(1)

中村旭, 小久江伸介, 大野能之, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, エプレレノン. ス
ズケンファーマ. 2016;19:2-5.

(2)中村旭, 阿部敏秀, 山本武人, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, ビソプロロール. スズ
ケンメディカル. 2016;19:11-12.

(3) 吉岡紗由, 小久江伸介, 大野能之, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, シロスタゾール.
スズケンファーマ. 2016;19:2-5.
(4)吉岡紗由, 阿部敏秀, 山本武人, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, シロスタゾール. ス
ズケンメディカル. 2016;19:11-2.

(5)城山亮輔, 阿部敏秀, 山本武人, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, レボフロキサシン.
スズケンメディカル. 2016;19:11-2.

(6)

大坂真由実, 小久江伸介, 大野能之, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, イプラグリフ
ロジン. スズケンファーマ. 2016;19:2-5.

(7)大野能之: 高齢者の薬理学的特徴と注意. 文光堂, 東京 (2016).

(8)大野能之. 【いまさら聞けない薬物動態Q&A】 排泄 Q.薬物が腎排泄されるメカニズムについて教えてください. 薬事. 2016;58:694-99.

(9)大野能之. 【薬物相互作用 適正なDDIマネジメントを実践するためのポイント】 臨床現場
でのDDIマネジメントの即戦力!PISCSを使いこなす!

PISCSによるDDIマネジメントの実

践. 薬局. 2016;67:2521-28.
(10) 大野能之. 【薬物相互作用 適正なDDIマネジメントを実践するためのポイント】 治療域が狭い・副作用が出やすい薬剤におけるDDIマネジメントの実践例!

抗凝固薬. 薬局.

2016;67:2529-40.
(11) 大野能之. 医薬品情報(DI)室より 注目の新薬情報 一般名:ニンテダニブエタンスルホン酸塩
オフェブカプセル100mg,同150mg. 医薬ジャーナル. 2016;52:1746-48.
(12) 大野能之. 【onco-nephrology～腫瘍学と腎臓病学の融合～】透析患者における抗がん薬投与
理論と実際. 医薬ジャーナル. 2016;52:2105-9.
(13) 大野能之（編集協力者）. 第十三改訂調剤指針 増補版. 第十三改訂調剤指針 増補版. 2016.
(14) 安達航平, 大野能之. 医薬品情報(DI)室より 注目の新薬情報 一般名:レジパスビル/ソホスブ
ビル配合錠 ハーボニー配合錠. 医薬ジャーナル. 2016;52:1342-3.
(15) 小久江伸介. 薬学的臨床推論③各論 血糖コントロール目的で入院中の70代男性に生じた急性下痢症. 日本病院薬剤師会雑誌. 2016;52:173-6.
(16) 小久江伸介, 大野能之, 折山豊仁, 山口諒, 徳田篤志, 長瀬幸恵, 鈴木洋史. 病棟薬剤師の配置
展開が処方提案および相談応需に与える効果. 医療薬学. 2016;42:694-700.
(17) 小久江伸介, 本多秀俊, 大野能之, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, フルチカゾンプ
ロピオン酸エステル. スズケンファーマ. 2016;19:2-5.
(18) 小久江伸介, 本多秀俊, 山口諒, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, レボフロキサシン.
スズケンファーマ. 2016;19:2-5..
(19) 山口諒. プレアボイド広場

抗菌薬における薬学的管理(解説). 日本病院薬剤師会雑誌

2016;52:267-71.
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(20) 山 本 武人 . 透 析患 者 にお け る薬 物 動態 の考 え方 に つい て 教え てく ださ い . 月 刊薬 事 .
2016;58:115-18.
(21) 山 本 武 人 . 透 析 導 入 患 者 に お け る 薬 物 投 与 設 計 の 考 え 方 . 日 本 病 院 薬 剤 師 会 雑 誌
2016;52:865-70.
(22) 松岡紗代, 阿部敏秀, 山本武人, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, エプレレノン. スズ
ケンメディカル. 2016;19:11-2.
(23) 白根達彦, 大野能之. 医薬品情報(DI)室より 注目の新薬情報 プラケニル錠200mg. 医薬ジ
ャーナル. 2016;52:1548-50.
(24) 竹内裕紀, 大野能之, 和泉智, 鎌田直博, 田中章郎, 長谷川功, 三宅健文, 奥田真弘. 医療用医薬品(内用薬剤)の添付文書における腎機能低下患者への投与に関連する記載内容の調査研究.
医療薬学. 2016;42:160-67.
(25) 篠原利典, 雨宮貴洋, 阿部敏秀, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, フルタイド®ディスカス®. スズケンメディカル. 2016;19:11-2.
(26) 苅谷嘉顕, 本間雅, 鈴木洋史. システム薬理学的アプローチによる薬物副作用メカニズム解析
および副作用予測に向けて. 日本薬理学雑誌. 2016;147:89-94.
(27) 豊田優, 高田龍平, 鈴木洋史. 胆管がんにかかわる発がん性候補物質の胆汁排泄を発見. 化学.
2016;71:73.
(28) 鈴木悠平, 小久江伸介, 大野能之, 鈴木洋史. Let’s! 服薬コミュニケーション, ビソプロロール.
スズケンファーマ. 2016;19(4):2-5. 2016;19:2-5.
(29) 雨宮貴洋, 阿部敏秀, 山本武人, 鈴木洋史. ドラッグコンサルテーション, イプラグリフロジ
ン. スズケンメディカル. 2016;19:11-2(30) 高田龍平, 鈴木洋史. NPC1L1はビタミンKの腸管吸収における主要レギュレータであり、ワルファリン療法のモジュレータである. トランスレーショナルメディシンに載った日本人研究者2015（医歯薬出版）. 2016年3月:6-7.
(31) 高田龍平, 鈴木洋史. ビタミンKの消化管での吸収をつかさどるNPC1L1. 医学のあゆみ（医歯薬出版）. 2016年4月16日;257:245-46.
(32) 高田龍平, 山梨義英, 山本英明, 田中悠介, 小峰瞳子, 倉内亮弥, 鈴木洋史. ビタミンの体内動態変動を介した新規機序の薬物相互作用～エゼチミブはビタミンKの消化管吸収を阻害しワ
ルファリンの抗凝固作用を促進する～. 医薬品相互作用研究（医薬品相互作用研究会）. 2016
年5月26日;39(3):1-6.
(33) 高田龍平, 山梨義英, 山本武人, 豊田優, 山本英明, 田中悠介, 小峰瞳子, 鈴木洋史. 新規機序の薬物相互作用：ビタミンの体内動態の重要性. くすりと糖尿病（日本くすりと糖尿病学会）.
2016年6月20日;5(1):48-50.
(34) 高田龍平, 山梨義英, 小西健太郎, 山本武人, 豊田優, 増尾友佑, 山本英明, 鈴木洋史. ビタミ
ンK吸収輸送体の発見. ビタミン（日本ビタミン学会）. 2016年7月;90(7):348-9.
(35) 山口諒, 山本武人, 高田龍平, 鈴木洋史. 【薬物相互作用を知り診断治療に活かす～くすりの知識と処方～】 薬物相互作用の実際

感染症. レジデント（医学出版）. 2016年11月;9(11):93-101.

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＜国際学会での招待講演＞(1)

Suzuki H.
Comprehensive Prediction Method for Adverse Drug Reaction by Using System
Pharmacology.

2016 SPS/JSPS/CSPT joint meeting.
2016年9月18日〜21日; Vancouver, Canada.

＜社会への貢献＞(1) 研究会の主催
地域薬局の薬剤師を対象とし、調剤技術についての教育・啓蒙、および薬薬連携を目的とした「薬薬連携スキルアップセミナー」の主催（年 6 回程度）
病院内外の薬剤師を対象とした「処方と薬の情報研究会」（シンポジウム）の主催（年 2 回程度）
(2) 実務実習生の受け入れ
薬学部 6 年制教育の一環として、2.5 ヶ月間の実務実習生を受け入れている（年間 3 期）
(3) 研修生の受け入れ
卒後教育として、薬剤師免許取得者を対象とした半年間の研修生を受け入れている

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◆ 医薬品評価科学講座 ◆客員教授 藤原 康弘（ふじわら・やすひろ）（国立がん研究センター執行役員 企画戦略局長 を併任）
1984 年 広島大学医学部卒、医学博士

准教授

小野 俊介（おの・しゅんすけ）

1987 年 東京大学薬学部卒、1989 年 同大学大学院薬学系研究科修士課程修了、1996 年 ハーバード大学公衆衛生大学院修士課程修了、前・厚生労働省医薬食品局、薬学博士

研究の概要
医薬品評価科学講座は、平成 16（2004）年 4 月に薬学系研究科に設置されて以来、大学院・薬学部学生のみならず、広く社会人をターゲットとした医薬品評価科学の教育・研究に取り組んでいる。
本講座の目的は、医薬品そして医薬品研究開発に関係する技術の社会的価値を考えるための理念（principle）と倫理（ethics）を明確に示しつつ、現実の諸問題に対して社会科学的なアプローチを行い、医薬品評価をめぐる社会の構造を明らかにすることである。この目的を達成するため、新薬の研究開発、承認審査、そして患者への使用に至るあらゆる局面に、分析目的に応じた適切な科学の考え方・手法を適用する。医薬品領域の実践的な研究により、ますます複雑さを増す医薬品をめぐる社会的課題の全貌を把握し、自らの視座とその限界を自覚しながら適切な対応を提案することができる人材の育成を目指す。
本講座の研究は、医薬品の価値、研究・開発・規制の諸相の活動をモデル化し、検討すべき仮説を設定した上で、現実のデータによって実証分析を行い、結果の解釈を行うという社会科学の基本的なスタイルをとる。すなわち医学・薬学領域において自然科学と社会科学を融合させる試
みに取り組んでいる。こうした研究の性格を反映して、本講座の研究成果は論文等の形で公表されるだけでなく、専門家が参加するシンポジウム、政策論議の場、メディア等においても事実

図 1 添付文書の改訂と市販前・市販後の情報量（模式図）

を伝える基礎資料として広く活用されている。
狭義の医学・薬学の枠を超えた幅広い研究テーマに取り組むため、学内外の研究・行政機関等（日本製薬工業協会等）の研究者、実務担当者と共同で研究・教育を実施している。
本講座でこれまで取り組んできた研究課題の例は次のとおりである。
(1) 薬事関連行政のパフォーマンス評価に関する研究（承認審査の効率の評価等）(2) 医薬品の副作用と安全性に関する措置の発生に関する研究－－268－273 －目次へ

医薬品の添付文書改訂と市販前、市販後の情報仕組みの解析（図１）。
(3) 医薬品開発のグローバル化と日本における治験実施に関する研究
三極で着手されている治験は、欧米に比べて少ない。日本企業を含むグローバル企業は、
グローバル開発の着手時期の選択を経済的な合理性のもとで行っているという仮説を検討している。
(4) ドラッグラグに関する研究(5) 医薬品評価における地域差（人種差、評価者の差、規制の違い等）の研究(6) 薬価の設定根拠に関する研究(7) 世界の臨床試験の実施状況と関係する地政学的な要因に関する研究(8) いわゆるリスクベネフィットに関する評価方法の妥当性に関する研究(9) 日米の添付文書の構成・内容を決定する要因に関する研究

教育の概要
本講座は設立以来、多数の卒業研究生（４年制、６年制）、修士・博士課程の学生、海外からの研究生、社会人研究生を受け入れている。教室における定例セミナー、教員との定期的な対面指導、書面指導（宿題）を介して、医薬品規制・開発領域の法律・ガイドラインに関する単なる外形的な知識・ノウハウではなく、社会科学の学問体系（計量経済学、ミクロ経済学、厚生経済学、ゲーム理論、社会学、論理学など）の包括的な理解を目指した教育指導を行っている。 講義の形では、大学院講義、医薬品評価科学レギュラーコース（RC）を学内外の多数の学生、実務家、専門家、研究者に提供してきた（図 2）。 本講座で教育・研修を受けた学生・受講生は、製薬企業、医薬品開発支援企業、行政機関（厚生労働省、文部科学省、総務省、経済産業省、医薬品医療機器総合機構）、医療機関、金融機関、コンサルティング企業等で活躍中である。

(1) 大学院講義「医薬品評価科学特論」（冬学期）
平成 17 年度に開講し、平成 28 年度で 12 期目を迎えた。全 15 回程度の講義を通じて、新薬研究

図2
医薬品評価科学講座の教育プログラム

開発・承認審査の学問的背景となる薬効評価の理論及び方法、新薬研究開発の最前線の状況、意思決定科学の応用等についての理解を深めることを目的とする。学内の大学院生のみならず、製薬企
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業・公的機関等に所属する社会人も科目等履修生として受講している。
平成 28 年度の受講者数は約 60 名である。
(2) 医薬品評価科学レギュラーコース（Regular Course, RC）
平成 17 年度に開講し、平成 28 年度は 12 期目となった。新薬研究開発に携わる実務担当者、承認審査業務担当者、アカデミア研究者を対象に、新薬開発のより実践的な知識・ノウハウを教育・訓練するコースを本講座が企画・運営している。
本コースは、製薬企業の実務担当者と規制当局たる厚生労働省・医薬品医療機器総合機構の承認審査担当者が机を並べて共にトレーニングを受けるという貴重な機会を提供しており、受講者からは例年高い評価を受けている。本講座がアカデミアの中立的な立場から医薬品規制に関する研究・教育を実践しているからこそ可能なコースである。
平成 28 年度の受講者数は約 100 名である。
(3) 教室内の教育教室に配属された学生は、医薬品研究開発、承認審査の方法論、計量経済学的なデータ分析方法
について基礎的な訓練を受けた後、さらに臨床試験、経済学、統計学（計量経済学）について学習
し、与えられた研究テーマについて教員の密接な指導の下で調査・研究を行う。社会人学生も同様な基礎学習を行いつつ、教員と相談しながら自らテーマを決めて研究を行う。研究室セミナーおよび文献紹介は、毎週木曜日夕方に開催する。
(4) その他主催セミナー等
北里大学との合同セミナーを開催している。

自己点検･評価
本講座の目的は、社会における医薬品や新技術の価値を考えるための基本理念と方法を念頭において現実の諸問題に対する科学的評価を実践し、医薬品をめぐる社会構造を明らかにすること、そして、そうした学問的な取り組みに参加する能力・背景知識を持った人材を社会に供給することにある。この目的達成に向けて着々と研究教育を推進している。本講座には、2016 年 12 月現在、大学院生（社会人学生含む）6 名、修士学生 3 名、学部生 1 名、研究生 1 名、研究員 1 名が在籍する。
2016 年 3 月には修士 1 名、学部生（6 年制）1 名の卒業生を輩出した。このほか、主催する大学院
講義、医薬品評価科学レギュラーコース、その他講演会ののべ参加者数が教室設立以来 2,000 人を超えていることからも明らかなとおり、本講座の提供する教育訓練の機会は、医薬品関連企業及び規制当局の人材育成プログラムの中に広く組み入れられている。こうした実績・経験をさらに発展させ、今後も各分野の先端的知識・技術の活用と社会的要請への対応の両視点から、創薬および医薬品評価における高度な意思決定ができる人材の育成を目指して積極的に教育・研究活動を続けていく。

－－270－
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学 術 論 文
1.

Jayaputra Karina and Shunsuke Ono. Differences between the United States and Japan in labels of
oncological drugs. Pharmacoepidemiology and Drug Safety 2016; DOI: 10.1002/pds.4111

2.

Kouhei Hoshikawa and Shunsuke Ono. Discrepancies between multicriteria decision analysis-basedranking and intuitive ranking for pharmaceutical benefit-risk profiles in a hypothetical setting. Journal of
Clinical Pharmacy and Therapeutics 2016 (in press)

総 説 ・ 解 説1.

小野俊介. 臨床試験の ABC (II)： GCP について. ドクターサロン 2016; 60(6): 58-61.

2.

小野俊介. 創薬・育薬と医薬品情報・規制. 臨床薬理 2016; 47(2): 50-55.

3.

小野俊介. ドラッグラグってなんだ？（連載第 1 回）へるすあっぷ 21 2016; 378: 38-39.

4.

小野俊介. 「お薬が効いた」ことを確かめるのは難しい（連載第 2 回）へるすあっぷ 21 2016;
379: 38-39.

5.

小野俊介. お薬をめぐる言葉って、結構、あいまい（連載第 3 回）へるすあっぷ 21 2016; 380:
38-39.

6.

小野俊介. お薬の「効能・効果」はどう決まる？（連載第 4 回）へるすあっぷ 21 2016; 381:
38-39.

7.

小野俊介. グローバル時代のお薬の用量（連載第 5 回）へるすあっぷ 21 2016; 382: 38-39.

8.

小野俊介. 「正しい統計学」ってあるの？（連載第 6 回）へるすあっぷ 21 2016; 383: 38-39.

9.

小野俊介. お薬のプラセボ効果って邪魔者？（連載第 7 回）へるすあっぷ 21 2016; 384: 38-39.

10. 小野俊介. 健康は誰が何で測ればいい？（連載第 8 回）へるすあっぷ 21 2016; 385: 38-39.
11. 小野俊介. 「薬の尊厳」よりも「あなたの尊厳」（連載第 9 回）へるすあっぷ 21 2016; 386:
38-39.
12. 加賀山貢平, 小野俊介. 新薬の臨床開発と審査期間 -2015 年実績- 政策研ニュース 2016; 48:
28-33.
13. 加賀山貢平, 小野俊介. 新薬の国際共同治験実施状況と症例数. 政策研ニュース 2016; 48: 3437.
14. 白神昇平, 小野俊介. 新薬の開発期間に関係する因子 -2005 年－2015 年の承認品目の分析政策研ニュース 2016; 48: 38-41.

著
1.

書

小野俊介 他（共著）. 臨床研究デザインと解析（第 9 章）In: 医薬品情報学（第 4 版）. 東
京大学出版会（東京）; 2016: 140-150.

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－
276 －

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学会発表・講演
1.

山田厚子, 山本善一, 跡部秀生, 石川彩子, 小野田美代子, 加賀山貢平, 小野俊介 他. 新医薬品の審査状況に関するアンケート. 第 6 回レギュラトリーサイエンス学会. 2016.9.9, 東京.

2.

白神昇平, 加賀山貢平, 小野俊介. 新薬の承認審査期間 -2015 年調査結果を踏まえ- 第 6 回レ
ギュラトリーサイエンス学会. 2016.9.9, 東京.

3.

林舞衣子, 窪田幸恵, 斉藤和幸, 小野俊介, 児玉庸夫. 臨床用量・曝露量と無毒性量・曝露量からみた医薬品の安全性評価－血液がん、結腸・直腸癌－ 日本薬学会レギュラトリーサイエン
ス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17, 東京.

4.

加賀山貢平, 白神昇平, 小野俊介. 新薬の承認審査における GCP/GMP 調査期間- 2015 年調査
結果を踏まえ- 日本薬学会レギュラトリーサイエンス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17,
東京.

5.

白神昇平, 加賀山貢平, 小野俊介. 新薬の承認審査期間 －承認審査期間に関係する因子の推計－ 日本薬学会レギュラトリーサイエンス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17, 東京.

6.

田上雅之, 伊藤美穂子, 萩谷徹朗, 柏谷祐司, 加賀山貢平, 小野俊介. 2015 年の新医薬品の承認審査状況（日本製薬工業協会薬事委員会加盟会社対象アンケートより） 日本薬学会レギュラ
トリーサイエンス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17, 東京.

7.

佐野航大, 小野俊介. 降圧剤の臨床試験における血圧のベースライン変動の背景要因. 日本薬学会レギュラトリーサイエンス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17, 東京.

8.

宮田陽司, 小野俊介. 新薬の副作用報告推移の日米比較. 日本薬学会レギュラトリーサイエン
ス部会第 2 回若手フォーラム. 2016.9.17, 東京.

9.

小野俊介. 医療改革の現在. 現場からの医療改革推進協議会第 11 回シンポジウム. 2016.11.27,
東京

10. 佐野航大, 小野俊介. 降圧剤の臨床試験における結果変動の背景要因. 第 37 回日本臨床薬理学会学術総会. 2016.12.1, 米子.
11. 加賀山貢平, 白神昇平, 小野俊介. 新医薬品の臨床開発期間－2015 年調査結果を踏まえて－
第 37 回日本臨床薬理学会学術総会. 2016.12.1, 米子.
12. 窪田幸恵, 斉藤和幸, 小野俊介, 児玉庸夫. 薬物有害反応と毒性試験成績からみた医薬品の安全性評価－抗悪性腫瘍薬（血液がん）－ 第 37 回日本臨床薬理学会学術総会. 2016.12.1, 米子.
13. 浅田隆太, 清水忍, 吉村健一, 中村治雅, 小野俊介, 渋川勝一, 森田正実. 本邦における希少疾
病用医薬品の指定制度に関する現状. 第 37 回日本臨床薬理学会学術総会. 2016.12.1, 米子.
14. 宮田陽司, 小野俊介. 新薬の市販後副作用報告パターンの分析. 第 37 回日本臨床薬理学会学術総会. 2016.12.1, 米子.

社会への貢献
医薬品研究開発のエキスパート向けに医薬品研究開発、評価、承認審査に求められる高度な概念知識に関する出張講義（全 10 回からなる講義シリーズ）を平成 24（2012）年から自主的に実施し－－272－
277 －

目次へている。これまでに医薬品企業・開発支援企業 16 社において講義を行った。複雑化・多様化する
規制・ビジネス環境において必須の背景知識であるにもかかわらず、通常の薬学・医学の教育では系統的に学ぶことが困難な倫理、経済学、不確実性・統計学、交渉・ゲーム理論、論理学・分析哲学などにおける重要な概念が医薬品・医薬品評価の現実のビジネスといかに関わっているか、それらの概念を適用することでどのような問題が解決可能となるか（あるいは解決不可能であることが分かるか）を、豊富な実例を用いて初学者にも分かりやすく解説する。平成 28 年は中外製薬、グラクソ、第一三共で実施した。
また、東京理科大学、北里大学、横浜市立大学（以上大学院）、城西国際大学（薬学部）においても医薬品評価科学に関する講義を実施している。

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◆ 医薬政策学講座 ◆特任准教授 五十嵐 中（いがらし・あたる)
平成 14 年東京大学薬学部卒、平成 20 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
博士（薬学）

本医薬政策学寄附講座はその前身を含めて、以下の経緯をとってきた。第 1 期の「医薬経済学寄附講座」（2001.4 - 2006.3）は日本製薬工業協会（製薬協）の寄附によった。第 2 期の「医薬政策学（東和薬品）寄附講座」（2006.4 - 2011.3）は東和薬品株式会社の寄附によった。第 3 期の2011 年 4 月以降は「医薬政策学寄附講座」として引き続き同社の寄附で、また当初の 4 年間を半年延長して 2015 年 9 月まで存続された。第 4 期の 2015 年 10 月以降は 6 つの企業･機関の寄附により、「医薬政策学寄附講座」の名称を引き継ぎ、2015 年 10 月から 5 年間の予定でスタートしたところである。

研究の概要
１．個別の医薬品・医療技術の費用対効果評価⑴ 禁煙治療の経済評価
喫煙関連疾患の１人あたり医療費の推計を行った。2008（平成 20）年度のデータで推計した喫煙関連疾患の医療費は 2002 年度推計のものよりも概ね増加しており、喫煙関連疾患によって多くの医療費がかかることおよびこれを避けるために早期に禁煙することの意義が示唆された。
また、禁煙治療への参加を促すために、個人ごとに将来的な健康状態および医療費への影響をシミュレーションするソフトを開発した。禁煙によるメリットを視覚化し、禁煙プログラムに参加するきっかけとなることが期待できる。
さらに、禁煙政策が禁煙企図率に及ぼす影響についてのコンジョイント分析を実施し、増税だけでなく、公共性の高い空間での喫煙への罰金、禁煙治療の適応拡大、警告表示の強化、禁煙治療提供施設などの施策を同時に実施することは、喫煙者の禁煙企図率の向上に資することが示された。価格のみを変動させた場合は、500 円までの値上げで禁煙企図率は喫煙者の 6.7%,
600 円でも 53.3%にとどまる。しかし他の戦略を 1 つ選択して、値上げと同時に実施した場合
禁煙企図率は上昇し、500 円で 10.6%（適応拡大）〜25.9%（罰金）、600 円で 65.5% （適応拡大）〜84.9%（罰金）が見込めると推計された。
これらの研究に加え、2011 年度から喫煙者・非喫煙者双方が「妥当」と考えるタバコ価格
およびタバコ政策のあり方を探索すべく、コンジョイント調査を計画した。2011 年はパイロット調査を行い、本調査は 2012 年に実施した。調査の結果、価格弾力性が-0.5 と大きい場合
でも、700 円程度までの値上げは集団として許容されうることが示された。価格弾力性が-0.3の場合、理想価格 （縦軸の集団選好が最大となる価格）は 1,050 円程度となった。
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そして 2012 年度から、複数回の禁煙試行をシミュレートできる Discrete Event Simulation モ
デルについて、日本版のモデルを構築すべく、データの収集を開始した。2013 年には、日本人の現在喫煙者と過去喫煙者を対象に web 調査を行い、喫煙経験者の詳細な禁煙実態に関する分析を行った。この結果は、Current Medical Research and Opinion 誌に掲載された。さらに
日本データを組み込んだ上での分析を行い、Applied Health Economics and Health Policy 誌に受理された。
さらに、喫煙にともなう超過医療費および超過生産性損失に関して、医療経済研究機構の2010 年度の推計手法を踏襲しつつ、医療費および超過リスクの双方について可能な限り最新のデータを用いた上での再推計を行った。あわせて、同様の推計手法に基づいて喫煙関連疾患の超過罹患者数も算出した。
2014 年度の超過医療費は能動喫煙由来が 1 兆 1669 億円、受動喫煙由来が 3,233 億円、合計 1 兆 4902 億円となった。生産性損失は入院増加が 2,494 億円・喫煙離席が 5,496 億円、合計では 7,990 億円となった。
⑵ 肝炎治療薬の医療経済評価
肝炎領域は、B 型肝炎・C 型肝炎ともに高価で著効を示す薬剤の開発が進められ、医療経済評価のニーズも大きい。この分野について、肝炎の自然史モデルを構築すると共に、治療薬の経済評価を行った。マルコフモデルを構築した上で、ジェノタイプ 1 型の C 型肝炎治療薬ハーボニー （ledipasvir/sofosbuvir）
・ヴィキラックス（ombitasvir/ paritaprevir/ ritonavir）およびジェノタイプ 2 型の C 型肝炎治療薬ソバルディ（sofosbuvir）に関して医療経済評価を実施し、いずれの薬剤も費用対効果に優れることを示した。これらの結果は、2016 年に Current
Medical Research and Opinion 誌 (ソバルディ・ハーボニー)ならびに Journal of Medical
Economics 誌 (ヴィキラックス)に投稿・掲載された。
あわせて、現在ハイリスクの患者に限定されている B 型肝炎ワクチン投与を定期接種化（全新生児を対象）することの費用対効果評価を実施した。再活性化の有無や生産性損失の算
定法、肝炎ウイルスの感染率など、種々の状況を変化させた感度分析を行ったが、いずれも費用対効果は悪かった。ワクチン費用そのものよりも、投与時の手技料部分や、接種にともなう生産性損失の影響が大きかった。同時接種の実施など、固定費用部分を削減することが望まれた。
⑶ ワクチンの医療経済評価
現在定期接種化が議論されているワクチンにつき、厚生労働科学研究「ワクチンの医療経済性の評価」研究班のもとで、研究班で作成した「ワクチン接種の費用対効果推計法」に従って、
HPV・肺炎球菌（小児及び大人）・百日咳ワクチンの医療経済評価を行った。
さらに、継続的な課題として、肝炎ワクチンおよび肝炎治療薬の医療経済評価モデルの構築と、ロタウイルス・ワクチン（2011 年承認）の医療経済評価をすすめている。2013 年は、これらの評価を行うとともに、小児肺炎球菌ワクチンの種別変更（７価ワクチンから 13 価ワクチン）に関する費用対効果の再計算と、7 価ワクチン接種終了者に対する 13 価ワクチン追加接種の費用対効果評価を実施した。
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また包括的なワクチンの費用対効果評価法の確立をめざし、標準的なガイドラインを作成した。
⑷ 大腸がん検診への CT colonography（CTC）導入に関する医療経済評価
2009 年時点で、部位別がん死亡率で男性の第 3 位、女性の第 1 位となっており、早急な対策が必要な疾患である。早期発見時の予後の良さから大腸がん検診を通じた早期発見が望まれるが、侵襲性の内視鏡検査の受診率が約 6 割と低迷しておりその目的を果たせていない。そこ
で、非侵襲性の CTC の大腸がん検診への導入による受診率の向上による、早期発見の実現が期待されている。今研究では、大腸がんの病態モデルを構築し、CTC 導入時の効果を臨床的側面、費用的側面の両者から評価し、その費用対効果を推計した。分析結果は、 Value in

Heatlh Regional Issue に掲載された。2014 年は、検査結果に応じて検診の間隔を変化させる戦略について、内視鏡および便潜血検査の頻度に応じて設定した戦略の費用対効果を評価するモ
ンテカルロシミュレーションモデルを構築し、JJCO 誌に掲載された。
⑸ 慢性疼痛に対する pregabalin の費用対効果評価
慢性疼痛に対するリリカ （pregabalin）の費用対効果を、通常治療を比較対照として費用効果分析で評価した。QOL および生産性損失を評価するために、前向きの臨床試験を実施しつ
つ比較を行った。結果として、リリカの ICER は日本の閾値を大きく下回り、費用対効果は良好であることが示唆された。結果は、Clinico Economics and Outcomes Research 誌に掲載された。
⑹ 心房細動に対するカテーテルアブレーションの費用対効果評価
心房細動 （AF）経験者に対するカテーテルアブレーションの費用対効果を、薬物治療のみの場合を比較対照として費用効用分析により評価した。心血管リスクスコア （CHADS2 スコア）で層別化した場合、中等度リスク以上 （スコア 3 以上）ではアブレーションおよびダビガトランを併用する戦略が最も費用対効果に優れることを明らかにした。結果は、JJCO 誌に掲載予定である。
⑺ 肺高血圧症治療薬のネットワークメタアナリシス
肺高血圧症の治療に用いられる各種薬剤について、その相対的有用性を評価すべく、ベイズ
統計の手法を用いたネットワーク・メタアナリシスを実施した。6 分間歩行能をアウトカムとした RCT を収集し、結果の量的統合を行った。
⑻ 胃食道逆流症 (GERD)治療薬のネットワークメタアナリシス
胃食道逆流症の治療に用いられる各種薬剤について、その相対的有用性を評価すべく、階層ベイズ法に基づいたネットワーク・メタアナリシスを実施した。内視鏡的治癒・維持をアウトカムとした RCT を収集し、結果の量的統合を行った。

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⑼ ロボット支援下腹腔鏡手術の費用対効果評価
腎細胞癌患者に対するロボット (da Vinci)支援下の腎部分切除術の費用対効果評価を実施した。従前の術式 (腹腔鏡及び開腹)では全摘除のみの適用になる T1b 期の腎細胞癌患者に対し、
da Vinci の導入により、より腎機能を温存できる部分切除術の適用が可能となる。腎機能の温存に伴い、慢性腎不全・透析導入例の減少を通して、長期の医療費削減および QALY の改善が見込まれる。モデルを構築した分析により、da Vinci の導入は腹腔鏡手術・開腹手術の双方に対して dominant (費用削減・効果改善)になることを明らかにした。

２．医療経済評価の方法論の開発および QOL 評価・疾病負担評価⑴ 医療経済評価における非関連費用の取扱い
医療経済評価では、評価される医療技術の導入により消費量が変化する医療資源について、分析の立場も加味したうえで費用に含めるのが原則であり、医療費は費用として含まれる。
医療費は、介入によって直接影響を受ける「関連医療費」と生命予後等の延長により間接的に影響が及ぶ「非関連医療費」に分類でき、前者の「関連医療費」を費用として含めることに異論はないものの、後者の「非関連医療費」の取り扱いに関しては種々の議論がある。ただし、一般的な医療経済評価において「非関連医療費」は分析に含めないことが多い。そこで「非関連医療費」の医療経済評価での取り扱い方を整理し、「薬剤疫学」誌においてその取扱い方についての提言を行った。
⑵ EQ-5D-5L 質問票の日本版タリフ作成
完全な健康を 1・死亡を 0 とする QOL 値の評価ツールとして、EuroQOL グループが開発した指標である EQ-5D-3L は世界で繁用されている。英国 NICE やオーストラリア PBAC、フランス HAS をはじめとする各国の医療技術評価 （HTA）機関でも、EQ-5D-3L が推奨されている。しかし EQ-5D-3L は、回答者が 1.0 （完全に健康）に集中しがちになる天井効果（Ceiling effect）の問題が指摘されてきた。この問題に対処すべく、項目はそのままで水準を5 段階にした EQ-5D-5L が開発され、日本語版の質問票は 2012 年に確定した。2013 年は、EuroQOL 本文の認証を受けた上で、日本版のタリフ （換算式）を作成する研究を開始した。
具体的には、調査のための専用ソフトウェア EQ-VT の日本語版作成の補助をするとともに、パイロット調査を実施し、調査プロトコールを確定した。2014 年に、東京・名古屋・大阪・
新潟・岡山の 5 箇所で 200 人ずつ、合計 1,000 人の調査を実施し、時間得失法 （Time TradeOff）に基づいた推計結果を EuroQOL meeting に発表した。2015 年に論文を保健医療科学誌に投稿・掲載した。
あわせて、小児〜青年向けのサブバージョンである EQ-5D-Y や、高齢者など自己回答が難しい集団に対する代理回答者用の EQ-5D-Proxy について、修正日本語版の開発に向けた調査を実施し、確定させた。

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⑶ 働く女性の健康に関する QOL・生産性損失調査
月経困難症が働く女性に与える影響について、QOL および生産性損失の双方を推計する
web 調査を実施した。月経困難症の尺度には MDQ スコアを用い、MDQ スコアが悪化するほど QOL が低下し、生産性損失も増大することが明らかになった。超過生産性損失の推計額は、総計で 9,800 億円となった。
３．その他⑴ ブラウンバッグお薬チェック運動の実践と推進
高齢者は、慢性疾患などで複数の処方薬を定期的に服用する患者が多い。また、セルフメディケーションの普及により一般薬（OTC 薬）やビタミン剤などのサプリメントを高齢者自らが薬局で買い求めている場合もある。このようにたくさんの種類のお薬を同時に服用することは、同種同効薬の重複投与や薬物間相互作用などの「飲み合わせ」問題が生じる危険性が高い。
入院医療の現場では、入院時に患者が持参する薬を薬剤師が確認することにより、重複投与や併用注意の事例を確認し医療安全に寄与した報告がある。一方、外来医療を中心とした薬局薬剤師によるこのような活動事例はないものの、同様の潜在的な問題が懸念されている。米国での調査によれば、処方薬だけでなく、OTC 薬やサプリメント・健康食品など、個々人が健康向上のために口にするものすべてを含んだ服用薬を対象とした場合、中高齢者の９割がいずれかを使用しており、5 剤以上の複数併用が 30％、重大な薬物相互作用のリスクが懸念される飲
み合わせが 4％に認められるなど、医療安全上の問題が指摘されている。
そのため高齢者にとって安全な薬物治療の適正化を推進していくためには、薬の専門家である薬局薬剤師が、定期的に服用薬に関する相談や確認を行うことを通して、すべての服用薬のメリットとデメリットを患者自身に正しく理解してもらうことが大切である。海外では「ブラウンバッグ運動」の名称で、患者が持参した薬を定期的に確認する運動が広く行われている。
このブラウンバッグ運動を、広島県薬剤師会および土浦市薬剤師会の協力により、各地薬局で実施中である。さらに、愛知県に本拠をおくスギ薬局グループ、静岡県に展開している「はいやく」グループの各薬局および京都市でも実施している。また広島県での研究結果を、Value in Health Regional Issue に投稿した。
⑵ 電子お薬手帳システム “HARMO” の展開
処方薬の情報を薬局単位でなく個人単位で記載するお薬手帳は、薬の飲み合わせの問題を未然に防止する意味で有用である。しかし紙ベースのお薬手帳は、持参忘れや紛失の問題も多く、十分に活用されているとは言い難い状況にある。そのため、複数の電子お薬手帳システムがこれまで提案されてきたものの、多くは QR コードおよびスマートフォンの使用が必須で、多剤併用の問題が多く発生する高齢者への普及可能性や、災害時の活用可能性には問題があった。
これらを解決すべく、クラウドベースで個人情報をもたない形のお薬手帳システム”HARMO”の監修と開発補助を行った。2012 年から川崎市宮前区にて社会実験を開始し、その後川崎市
全域・横浜市・神戸市・滋賀県・札幌市・東京都世田谷区にも展開ずみである。また、川崎及び横浜での結果を薬学会に発表した。

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⑶ 認知症疑い例を検出できるアルゴリズムの開発
大田区医師会および医療法人至高会と協力の上、家族などでも実施可能な「認知症疑い」をチェックできるアルゴリズムの開発を行った。具体的には、医師会の協力のもと 15 項目の「認知症が疑われる行動」を確定し、高齢者検診の受診者に対して 15 の行動の有無を調査す
るとともに、改訂長谷川式簡易知能評価スケール （HDS-R）での認知機能チェックを同時に実施した。
ステップワイズ法を用いたロジスティック回帰により、15 項目から「複数の作業を同時にできない」「お金の計算ができない」「季節に合う洋服を選べない」「同じものを何度も買ってくる」の 4 項目が有意な設問として抽出された。この結果からオッズ比を基にした重み付けにより、「認知症疑い （HDS-R スコア 20 点以下） 」の判定アルゴリズムを構築した。感度は93.9%, 特異度は 82.1%となった。この結果は日本薬学会で発表するとともに、General Medicine
誌に採択された。あわせて、簡単に検査ができるアプリケーションを開発・頒布する予定である。
⑷ 虐待のコスト推計
日本子ども家庭総合研究所と共同で、児童虐待の社会的損失を広範に推計する研究を実施した。具体的には、1）虐待死亡にともなう生産性損失

2）心的外傷の治療に必要な医療費

3）教育機会を奪われたことにともなう生涯年収の低下 4）犯罪率増加・離婚増加・自殺増
加・生活保護受給増加にともなう社会的損失 などの項目ごとに、たばこの超過医療費と同様に過剰リスクをベースにして推計を行った。結果として、虐待の年間費用は 1 兆 6,000 億円にのぼることが明らかになった。この結果は、Children and youth service review 誌に掲載された。
同様の手法を用いて、子どもの貧困の社会的コストを推計中である。

教育の概要
１．学部教育学部教育としては、2001 年度より、4 年生に対し、「医薬経済学」として、夏学期の木曜日（14:40−16:10） に 90 分授業を 9 回行った。本講義には、医療経済学の専門家と、日本製薬協の理事長を非常勤講師として招いた。
また、2003 年度より「生物統計学」の講義を担当しており、さらに 2015 年度より「公衆衛生学」の講義を実施している。
２．大学院教育
隔年開講の「社会薬学特論」の講義を実施している。
3．講座の学生などの教育講座としては、2016 年 12 月時点で、大学院博士課程が 3 名、修士課程が 1 名、卒研生が 3 名

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（うち 6 年制度の学生が 2 名）配属されている。また、研究員が 6 名（そのうち外国人が 2名）、大学院研究生が 1 名いる。研究テーマとして、自然科学的な方法論にもとづくものと、人
文科学的なものとの 2 つをもたせるようにしている。また、月 1 回の教室内ミーティングにおける研究進行状況の確認や文献抄読などとともに、学内外の関連するワークショップやセミナーなどにできるだけ参加させ、幅広い知識を得ることを方針としている。また年に 1 度以上は学会などでの発表の機会を持つように研究に取り組んでいる。

自己点検･評価
本講座は、2001 年４月に開設された医薬経済学寄付講座を 2006 年４月に引き継いだものである。
実験室を持たないドライラボとして、人文社会科学との融合領域での研究・教育と、より社会に開かれた活動を指向している。これまでに構築した研究・教育の基礎を生かし、具体的・多面的な研究活動を実践している。

業績目録
研究業績(2016 年 1 月－12 月)
１．学術論文1. Hoshi D, Tanaka E, Igarashi A, et al. Profiles of EQ-5D utility scores in the daily practice of Japanesepatients with rheumatoid arthritis; Analysis of the IORRA database. Mod Rheumatol. 2016; 26(1): 40-5.
2. Kojima M, Nakayama T, Kawahito Y, Igarashi A, et al. The process of collecting and evaluating
evidences for the development of Guidelines for the management of rheumatoid arthritis, Japan Collegeof Rheumatology 2014: Utilization of GRADE approach. Mod Rheumatol. 2016; 26(2): 175-9.
3. Sekiguchi M, Igarashi A, Matsuda T, et al. Optimal use of colonoscopy and fecal immunochemical testfor population-based colorectal cancer screening: a cost-effectiveness analysis using Japanese data. Jpn J
Clin Oncol. 2016; 46(2): 116-25.
4. Virabhak S, Yasui K, Yamazaki K, Igarashi A. Cost-effectiveness of direct-acting antiviral regimen
ombitasvir/paritaprevir/ritonavir in treatment-naïve and treatment-experienced patients infected withchronic hepatitis C virus genotype 1b in Japan. J Med Econ 2016; 19(12): 1144-56.
5. Igarashi A, Goto R, Suwa K, et al. Cost-Effectiveness Analysis of Smoking Cessation Interventions inJapan Using a Discrete-Event Simulation. Appl Health Econ Health Policy. 2016; 14(1): 77-87.
6. Igarashi A, Inoue S, Ishii T, et al. Comparative Effectiveness of Oral Medications for Pulmonary Arterial
Hypertension. Int Heart J. 2016; 57(4): 466-72.
7. Shiroiwa T, Ikeda S, Noto S, Igarashi A, et al. Comparison of Value Set Based on DCE and/or TTO Data:
Scoring for EQ-5D-5L Health States in Japan. Value Health. 2016; 19(5):648-54.
8. Takase Y, Sakakibara M, Igarashi A, et al. Simplified Questionnaire for Early Detection of Dementia.
Journal of General and Family Medicine 2016; 17(1): 83-9.

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２．総説・解説
1. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 6 回 効率性フロンティアの「真実」. 医薬経済 2016;1507
2. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 7 回 効率性フロンティア運用の難点. 医薬経済 2016;1509
3. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 8 回 費用対効果「対象」の海外評価は. 医薬経済 2016;
1511
4. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 9 回 フランスは「曖昧さ」で価格調整. 医薬経済 2016;1513
5. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 10 回 カドサイラ、英国で非推奨の中身とは. 医薬経済
2016; 1515
6. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 11 回 メラノーマ「推奨」のオプジーボ、肺がんは？. 医薬経済 2016; 1517
7. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 12 回 海外での医療機器へのＨＴＡ活用. 医薬経済 2016;1519
8. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 13 回 アクセス制限は費用対効果以前から. 医薬経済
2016; 1521
9. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 14 回 最後の救済措置「ＣＤＦ」の動向. 医薬経済 2016;1523
10. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 15 回 英「ＣＤＦ推奨」の最新動向. 医薬経済 2016; 1525
11. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 16 回 「安い」英オプジーボの費用対効果. 医薬経済
2016; 1527
12. 五十嵐中. 間違いだらけの HTA 第 17 回 フランスの認知症治療薬騒動. 医薬経済 2016; 1529.
13. 五十嵐中. Patient Reported Outcome(PRO)と新薬開発 PRO の HTA での役割は? 医薬ジャーナ
ル 2016; 52(suppl); 226-30.
14. 泉 並木, 田中 篤, 黒崎 雅之, 五十嵐中, 他. IFN フリー時代の最新の治療戦略. 肝臓クリニ
カルアップデート 2016; 2(1): 51-8.
15. 五十嵐中. 高額薬剤問題への処方箋 どう使われる?費用対効果評価. 日本医事新報 2016;
4818: 27-31.
16. 福田綾子, 五十嵐中. ユニバーサルヘルスカバレッジと抗がん剤 –費用対効果評価の観点か
ら-. 癌と化学療法 2016; 43 (11): 1311-5.
17. 五十嵐中. 高額薬剤 昨日・今日・明日 (1) タブーを吹き飛ばした黒船とは. Monthly IHEP
2016; 259: 3-6.

３．著書
1)

五十嵐中, 佐條麻里. わかってきたかも医療統計 だけど論文読めません!! 東京図書, 2016.

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４．学会発表
1.

Igarashi A. Basic concept of QALY and its implementation to QALY -beyond “urban myth”. HTAi
2016 Annual Meeting Tokyo Japan, 13 May 2016.

2.

R Watanabe, A Igarashi, H Wakamoto, H Osawa. A Cost-Minimization Analysis of Dermatophyte Test
Kit with Onychomycosis Under Health Care System in Japan. ISPOR 19th Annual European Congress.
November 2016; Vienna, Australia. Poster presentation.

3.

K Suwa, R Yoshikawa, A Igarashi, R Goto, J Vietri, NM Flores. Benefits of Quitting Smoking in Japanon Working Productivity and Activity Impairment and Indirect Costs. ISPOR 19th Annual European
Congress. November 2016; Vienna, Australia. Poster presentation.

4.

S Noto, R Izumi, K Moriwaki, T Shiroiwa, A Igarashi, T Fukuda, S Ikeda, S Saito. Comparison
Between Eq-5d And Hui In Japanese Population Norms. ISPOR 19th Annual European Congress.
November 2016; Vienna, Australia. Poster presentation.

5.

M Sasaki, T Fukuda, T Shiroiwa, A Igarashi, H Sato. Trends in Japanese Clinical Trial Registrationfrom 2005 to 2014. ISPOR 19th Annual European Congress. November 2016; Vienna, Australia. Poster
presentation.

6.

T Fukuda, A Igarashi, H Ishida, S Ikeda, S Saito, H Sakamaki, K Shimozuma, T Shiroiwa. Economic
Evaluation Guideline for Pharmaceuticals and Medical Devices in Japan. ISPOR 19th Annual
European Congress. November 2016; Vienna, Australia. Poster presentation.

7.

A Igarashi, Y Fukuchi, K Hirata, M Ichinose, A Nagai, M Nishimura, N Lara, S Murata. COPD
Uncovered: Health Care Resource Use and Cost of Chronic Obstructive Pulmonary Disease in Japan.
ISPOR 19th Annual European Congress. November 2016; Vienna, Australia. Poster presentation.

8.

Igarashi A. Current status of Public health and the role of HTA in Japan. Enhancement of Regional
Health in East Asia with Special Reference to the Public Health and Universal Health Coverage. Tokyo,
6 Jul. 2016.

9.

Igarashi A. Enhansing of Regional Health in East Asia with Special Reference to the Public Health andUniversal Health Coverage. The 25th Network of East Asia Think Tanks (NEAT) Country Coordinators
Meeting, Bangkok, Thailand, 28 Jul. 2016.

10.

Igarashi A. Japan HTA: Impact of HTA guidelines in Japan in 2016. 2nd Annual Market Access in Asia.
Singapore. 3 Aug. 2016.

11.

Igarashi A. EQ-5D value set studies in Japan: its implementation to JP-HTA system.
EQ-5D symposium for Policy makers and HTA practitioners in Asia, Singapore, 4 Sep. 2016.

12.

Igarashi A. Economic Evaluation for pricing reimbursement: Current Japanese situation. Takeda
Pharmaceuticals ISPOR Advisory Board Meeting, Singapore, 4 Sep. 2016.

13.

五十嵐中. 予防介入の中での禁煙介入の費用対効果. FCTC 班成果発表会, 東京, 2016.1.18.

14.

五十嵐中. 新規 C 型肝炎治療薬の医療経済的価値. 第 362 回福山市医師会消化器病研究会,
福山, 2016.1.19.

15.

五十嵐中. 女性の健康増進の社会経済的影響. 働く女性の健康増進に関する調査 メディアセミナ
ー. 東京, 2016.1.20.

16.

池田俊也, 五十嵐中. HPV ワクチンの費用効用分析. 平成 27 年度日本医療研究開発機構研究費
－281－
－
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「Hib、肺炎球菌、HPV 及びロタウイルスワクチンの各ワクチンの有効性、安全性並びにその投与方法に関する基礎的・臨床的研究」第 2 回班会議, 東京, 2016.1.30.
17.

五十嵐中. HTA 試行導入を前に考える C 型肝炎インターフェロンフリー治療薬の費用対効果. アッヴィ合同会社 メディアラウンドテーブル, 東京, 2016.2.4.

18.

五十嵐中. EBM 時代の薬剤経済学. 大阪大学臨床医工学融合研究教育センター クリニカルリサ
ーチプロフェッショナルコース「医薬品の市場とライフサイクルマネジメント」, 東京, 2016.2.20.

19.

五十嵐中. 数字の読み方わかりません! 統計入門. RIHDS 養成講座, 東京, 2016.4.14.

20.

五十嵐中. RA 治療ガイドラインにおける医療経済評価の位置づけと日本での展望. 第 60 回日本リウマチ学会総会学術集会, 横浜, 2016.4.23.

21.

五十嵐中. 禁煙治療の費用対効果とは？ 第 5 回禁煙治療研究会, 京都, 2016.5.29.

22.

五十嵐中. HTA の基礎と最新動向. 日本医療政策機構 第 58 回定例朝食会, 東京, 2016.6.2.

23.

五十嵐中. 数字の読み方わかりません. 第 3 回薬物治療連携研究会, 金沢, 2016.6.5.

24.

五十嵐中. 費用対効果評価・価格への利活用 フランスの現状を踏まえて. 薬剤経済学研究会 20
周年記念講演会, 東京, 2016.6.7.

25.

五十嵐中. 医療のムダって何のこと？ 第 123 回東京大学公開講座, 東京, 2016.6.11.

26.

五十嵐中. 新規 C 型肝炎治療薬の医療経済的評価から見えてきた薬の価値. HCV Lecture
Meeting, 川崎, 2016.6.15.

27.

五十嵐中. 受動喫煙防止等のたばこ対策による経済面の効果評価とモデル構築. 平成 28 年度厚生労働科学研究費補助金「受動喫煙防止等のたばこ対策の推進に関する研究 」第 1 回班会議,
東京, 2016.8.12.

28.

五十嵐中, 滕麗達, 大塚裕次朗, 岩崎宏介, 丹後俊郎. 胃食道逆流症患者に対するボノプラザンの治癒効果における PPI との比較: ネットワークメタアナリシスによる検討. ISPOR 日本部会 第 12回学術集会, 東京, 2016.8.31.

29.

五十嵐中. くすりの費用対効果とは? 海外の情勢と日本の今後. 第 26 回日本医療薬学会 ランチョ
ンセミナー, 京都, 2016.9.18.

30.

五十嵐中. 経済評価研究の進め方. 薬剤経済学研究会勉強会, 熱海, 2016.9.20.

31.

五十嵐中, 大西佳恵. レセプトデータ分析. RIHDS 講習会, 東京, 2016.10.13.

32.

五十嵐中. HTA (医療技術評価)とその政策応用. 日本製薬工業協会産業政策委員会勉強会, 東京, 2016.10.14.

33.

五十嵐中. 医薬品とワクチンの費用対効果評価. EFPIA ワクチン部会勉強会, 東京, 2016.10.25.

34.

五十嵐中. 予防介入の中での禁煙介入の費用対効果. 日本公衆衛生学会年会 シンポジウム 14「 た ば こ規制の推進 に役立つエ ビデ ン ス の構築と 政策実現に向け たア ドボ カシ ー」 大阪,
2016.10.27.

35.

五十嵐中. 私と禁煙, 禁煙と私. 第 11 回日本禁煙科学会シンポジウム, 京都, 2016.10.29.

36.

五十嵐中. COPD の医療経済とは？2016 年 COPD サミット, 東京, 2016.11.9.

37.

五十嵐中. HTA 試行導入の最新動向. 第 13 回 DIA 年会, 東京, 2016.11.14.

38.

五十嵐中. スウェーデンの看護領域での HTA の活用実態. 第 7 回看護経済政策研究学会, 東京,
2016.11.19.

39.

五十嵐中. 医療経済評価と在宅医療機器. 在宅医療機器勉強会, 東京, 2016.11.24.
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40.

五十嵐中. 抗がん剤の費用対効果とは? がん患者学会 2016, 東京, 2016.12.2.

41.

五十嵐中. 受動喫煙防止等のたばこ対策による経済面の効果評価とモデル構築. 平成 28 年度厚生労働科学研究費補助金「受動喫煙防止等のたばこ対策の推進に関する研究 」第 2 回班会議,
東京, 2016.12.2.

42.

五十嵐中. 医療費とガイドライン. 日本肺癌学会シンポジウム, 福岡, 2016.12.20.

５．学外講義・その他【五十嵐中】
東京大学大学院医学系研究科
東京薬科大学薬学部
武蔵野大学薬学部
文京学院大学保健医療技術学部

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◆ ファーマコビジネス・イノベーション教室 ◆客員教授

木村 廣道（きむら・ひろみち）(2002.9 就任)

昭和 49 年東京大学薬学部卒、昭和 54 年同大学院薬学系研究科博士課程修了、薬学博士
昭和 60 年スタンフォード大学大学院 ビジネススクール修了、経営学修士
前職：日本モンサント株式会社 代表取締役社長

特任准教授 柴山 創太郎（しばやま・そうたろう）（2016.7 就任）
平成 10 年 東京大学薬学部卒、平成 20 年 3 月同大学院薬学系研究科博士課程修了、薬学博士
平成 22 年 University of New England, School of Business, Economics and Public Policy 経済学修士
前職：東京大学大学院工学系研究科技術経営戦略学専攻 特任准教授

特任准教授 清水 央子（しみず・えいこ）（2015.5 就任（特任講師）-2016.3、2016.4 より
現職）
昭和 57 年 東京工業大学理学部卒、平成 26 年東京医科歯科大学大学院社会医学系政策科学分
野 博士課程修了 医学博士
前職： グラクソ•スミスクライン株式会社 データアナリティクスチーム 部長

特任講師

桝田 祥子（ますだ・さちこ）(2008.4 就任-2016.6)

平成９年東京大学薬学部卒、同 18 年同大学院工学系研究科博士後期課程修了、博士（学術）前職：東京大学先端科学技術研究センター 特任助手

特任助教

櫻木 誠（さくらぎ・まこと）(2012.12 就任-2016.10)

平成 12 年東京大学理学部卒、同 18 年京都大学大学院医学系研究科博士課程修了、医学博士
前職：シグマアルドリッチジャパン株式会社

研究の概要
日本が科学技術立国として将来に亘り持続的な発展を目指すなか、医薬・ライフサイエンス領域
は国家戦略的に重要な位置を占めている。その一方で、グローバル化が進む医薬産業において、市場としての日本国の位置づけは、年々低下している。このような状況下、医薬産業が持続的に発展するためには、産業特有の事情を踏まえ、イノベーションとパブリックヘルス、国際競争と国際協調などの視点を考慮した多面的な産業研究を行い、社会基盤の整備を行う体制が必要である。
本講座の目的は、社会のニーズに即した教育および産業研究を機動的に実施し、その成果を速やかに社会還元することにより、日本の産業振興に貢献することである。これを実現するため、研究、
創薬基盤整備、教育の３つを軸とした活動を展開している：
1. 医薬・ライフサイエンス産業の学術的研究：
医薬・ライフサイエンス産業の発展のために、産業・社会と大学双方にとって実りある価値を創造するための「新しい仕組み」を、学術的見地から研究していく。

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2. 創薬促進のための基盤整備：
新たな産学官連携モデル、社会システム、規制等の提言により、創薬推進のための基盤整備をおこなう。
3. 「リーダー」人材の養成：
医薬・ライフサイエンス分野を専門とする人材に対し、経営などの他分野の教育と研究の機会を提供し、産業振興を先導する人材を養成する。
これまでの薬学研究はライフサイエンスの基礎研究が中心だったが、グローバル化に伴う企業経営の効率化、規制先進国としての日本の在り方、アンメットニーズに応えるための産学官連携など、
医薬関連産業の課題は年々、国際化、多様化し、学問領域横断的な社会薬学研究の推進が期待されている。このことを受け、本講座の主要な研究テーマとして以下の３つのドメインを設け研究を行っている。すなわち：
1. 産業構造変化の要因分析（産業構造論）：
グローバル企業買収・合併、医薬品産業の経営環境変化と産業構造再編成、サプライチェーン（物流・情報流）の在り方に関する研究
2. 企業、大学、医療機関等における経営課題の解決（マネジメント・戦略論）：
創薬研究・臨床試験における経営課題、リスクマネジメント、知財戦略・マネジメント、ヘルスコミュニケーションに関する研究
3. 産業振興育成のための新たな社会システムの提言（産業政策論）：
レギュラトリーサイエンス、薬価制度の在り方、産官学医の連携システム、創薬インフラ整備、新規ビジネスモデルに関する研究
研究の実行にあたっては、内部努力とともに、外部ネットワークの活用に努めている。これまでに、米国スタンフォード大学（本邦発グローバル製薬企業の事例研究）、武田薬品工業株式会社（同左）、株式会社シーエーシー（製薬企業における創薬研究の評価手法に関する研究）、日医総研(最近の予防・健康関連事業の動向とそれにかかわる医療専門職の実態調査）、アステラス製薬
株式会社（本邦製薬企業の合併・統合事例の研究）、Imperial Collage London（ヘルスケア産業のR&D に関する研究）、がん研究センター（技術進歩と疾患との関連性に関する検討）、医薬品医療機器総合機構（革新的医薬品の規制ガイドライン作成研究）等との共同研究を実施または実施中で
ある。

教育の概要
薬学・医学・医療等の専門領域の教育を受けた学生、研究生、職員、社会人を対象に経営学の教育を受ける機会を提供し、産業界に有用な人材の輩出に努める。同時に異分野間の人材交流・共同研究などの学産連携の積極的推進を通して、知の連鎖、知の集積のメカニズムをつくりあげ、関連事業領域における新たな革新的経営モデル、イノベーションを実現する新たな経営プロセスをグ
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ローバルな視点から探索・追求する。この目的にそって、現在は以下の教育インフラを用意し拡充に努めている：
1. 講義
目的：企業経営・企業戦略の基本を学び、医薬品・医療ビジネスの構造と特徴を理解するための基礎を提供する。
内容：学部講義「医薬品・医療ビジネス」（A2 ターム）
学部講義「薬学概論」（A1 ターム）
大学院講義「基礎薬科学特論Ⅳ」（S1 ターム 2 コマ担当）
2. 公開講座
目的：医薬・ライフサイエンス領域のホット・トピックを幅広く扱い、また学外にも参加機会を提供する。
内容：ファーマコビジネス・イノベーション教室「平成 28 年度公開講座「医療産業イノベー
ションフォーラム」（後期）」
3. ゼミナール
目的：通常講義の発展編と位置付け、幅広い分野のスキル・知識を能動的に育成する機会とす
る内容：「PBI セミナー」（通期）
研究教育としては、社会人特別選抜大学院生、研究生および受託研究員の受け入れを推進し、サイエンス・ビジネスのクロスオーバー人材の育成に努めている。2016 年度からは大学院博士課程 3名、研究生 1 名、研究員４名の体制となり、内部研究進捗発表の場である「PBI コロキウム(毎週、通期）」をはじめ、本講座の研究活動に精力的に従事している。

自己点検･評価
当教室は、2002 年９月に創設され、薬学部、薬学系研究科（大学院）および医学部での講義等を通じ、クロスオーバー型人材の必要性、重要性を学内外に向けて発信している。本年度も、「医療産業イノベーションフォーラム」（後期）の実施を通じて、本学学生のみならず他大生、あるいは、産業界や官公庁と人々との情報交換の場を提供した。
2016 年 3 月に第 3 期目を終了し、2016 年 4 月より、第 4 期目 (～2021 年 3 月) がスタートした。
2009 年より最先端研究開発支援プログラム「ナノバイオテクノロジーが先導する診断・治療イノベーション」に参画している（木村廣道教授は共同提案者）。2012 年 10 月より「革新的医薬品・医療機器・再生医療製品実用化促進事業」において、共同提案者・研究実施者として参画し、規制当局と連携したガイドライン整備と人材交流を行っている。2013 年 11 月より、革新的イノベーション創出プログラム（COI STREAM）拠点「スマートライフケア社会への変革を先導するオープンイノベーション拠点」に木村廣道客員教授がプロジェクトリーダーとして参画し、融合型研究の新たな産
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学官連携の取り組みを開始している。2013 年 9 月より 2016 年 9 月まで、臨床発実用化マネジメント
人材養成拠点「東京大学医療イノベーションイニシアティブ」を木村廣道客員教授が事業推進責任者、当研究室が事務局として、医学・工学・薬学系の大学院生、研修医等を対象として、教育プロ
グラムの開発および提供をした。前述の PBI 公開講座は当カリキュラムとして採用されており、薬学系研究科・薬学部の学生に止まらず、医学・工学系の学生を始めとした異分野を専攻する学生に対しても広く教育プログラムを提供している。また、スタンフォード大学バイオデザインの手法を取り入れた医療機器開発教育プログラムを提供するなど、国際的な研究環境の構築および国際的観点からの教育・研究活動の推進にも力を入れている。

論 文・総 説1. Morichika, N. & Shibayama, S. (2016) Use of Dissertation Data in Science Policy
Research. Scientometrics, 108(1): 221-241. (2016 July)
2. Shibayama, S. & Baba, Y. (2016) Dishonest conformity in peer review. Prometheus,
33(3): 215-233. (2016 Jan)3. 桝田祥子.「TPP 協定：医薬品の知的財産保護を強化する制度の導入」『知財研フォーラム』105 号、2016.5、pp12-17

4. 桝田祥子.「環太平洋経済連携協定（TPP 協定）における医薬知財保護」『パテント』、vol. 68、
pp66-73、2016

著 書
1. 木村廣道（監修）「世界の健康・医療市場－躍進するシナリオとは？－ (2016 年)」かんき出版

学 会・講 演
1. 木村廣道「第三部

企業とアカデミアのオープンイノベーション：新しいチャレンジ ：座長」

TR シンポジウム 日本型産官学連携、オープンイノベーションを目指して（2016.1）
2. 木村廣道「進化する医薬品産業の経営戦略」薬学振興会 FDD セミナー(2016.2)
3. 木村廣道「医療イノベーションを担うベンチャー企業の振興に向けて」厚生労働省

勉強会（第１回）(2016.2)
4. 木村廣道「臨床発実用化マネジメント人材養成拠点～創薬イノベーション人材の育成～」平成27 年度 未来医療研究人材養成拠点形成事業合同公開フォーラム(2016.3)
5. 木村廣道「グローバルに輝く人になる そのために「今」心がけることとは？」経済同友会：
昭和女子大学付属昭和高等学校講義(2016.3)
6. 木村廣道「Strategic Partnership Project, The University of Tokyo」シンポジウム「シリコンバレーと日本の架け橋プロジェクト」(2016.3)
7. 木村廣道「医薬・医療ビジネス総論」星薬科大学（2016.4）
8. 木村廣道「新医療ソリューションへと進化する医薬品産業のグランドデザイン」東京大学エグ
ゼクティブマネジメントプログラム(2016.6)
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－
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9. 木村廣道「医療産業に求められるイノベーション」甲南大学（2016.7）
10. 木村廣道「バイオベンチャーの設立から Exit まで」バイオビジネス推進協議会（2016.9）
11. 桝田祥子「アバスチン®事件（平成 27 年 11 月 17 日最高裁判所第三小法廷）の影響」第 6 回医薬知財研究会(2016.1)

社会への貢献木村廣道
・ (社）経済同友会幹事
・ 日本スタンフォード協会 副会長
・ 文部科学省科学技術・学術審議会 総合政策特別委員会 委員

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－
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◆ 育薬学講座 ◆
客員教授

澤田

康文（さわだ・やすふみ）

昭和 49 年東京大学薬学部卒、昭和 51 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：九州大学大学院薬学研究院教授、薬学博士

特任准教授(兼担)堀里子（ほり・さとこ）

東京大学大学院情報学環准教授

平成９年東京大学薬学部卒、平成 11 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 特任講師、博士（薬学）

特任講師

三木

晶子（みき・あきこ）

昭和 50 年神戸薬科大学薬学科卒、昭和 52 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 研究員、薬学博士

特任助教

佐藤

宏樹（さとう・ひろき）

平成 14 年九州大学薬学部卒、平成 16 年同大大学院薬学府修士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科 特任研究員、博士（創薬科学）

研究の概要
切れ味の鋭い医薬品が次々に上市され、さらに医薬分業が大きく進展する中、医薬品適正使用・育薬と医療安全の推進がきわめて重要な課題となっている。これらを隘路なく進めるためには、医師、薬剤師や看護師などの医療従事者、製薬企業の技術者・研究者・実務者、行政担
当者、医療サービス提供者、更に医療消費者の果たす役割が大きいことは言うまでもない。
具体的には、市販後の諸問題（医薬品が関係したトラブル、医薬品に対するニーズなど）を的確に捉え、医療現場にフィードバックすること、更に、捉えた問題を解決するために、製薬現場に対しては、製品を改良したり、医薬品情報を改訂するなどの提案を行うことになる。なお、それらの市販後の諸問題に対処する活動は、速やかにかつ確実に実践することが求められている。一方で、市販後の諸問題に鋭く反応し、問題を解決する能力をもった医療現場、製薬現場などで活動する人材を養成することも不可欠である。そのためには、実際に生じた市販後の諸問題を多く取り入れた実践的な教材を作成するとともに、それを活用した臨場感にあふれる医薬品や処方の適正で的確な評価、更に医療安全に資する研修システムを新たに構築する必要がある。
そこで、我々は、市販後の諸問題を的確に捉え、それらを解決するための種々の調査システ
ムを構築するとともに、当該システムに指導的に参画できる医療現場と製薬現場などの人材を育成することを目的として研究に取り組んでいる。
以下に、現在、我々が取り組んでいる主要な研究テーマを記す。
A. ファーマコキネティックス・ファーマコダイナミクスと医薬品情報構築に関する研究
医薬品がヒトに投与されてから、実際に薬理効果（治療効果や副作用）が発現するまでには、さまざまなプロセスが介在している。すなわち、吸収、分布、代謝、排泄などの薬物動態学的
－－1－
295 －

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プロセスや、受容体などの機能蛋白質との結合、その後の薬効発現などといった薬力学的プロセスである。また、これらのプロセスには、病態、個人差、薬物相互作用、蛋白質の発現誘導、
日周リズムといったさまざまな変動要因が影響を及ぼす。こうしたそれぞれのプロセスや、それらに対する変動要因に関しては、個々に詳細な研究が進められてきた。しかしながら、実際にある医薬品を、ある投与スケジュールに従って、眼前の患者に投与した場合の薬理効果のプ
ロファイルを、それらの研究成果から演繹的手法によって定量的に予測するための方法論は確立していない。当講座では、薬物動態学（ファーマコキネティクス）と薬力学（ファーマコダ
イナミクス）のモデル解析手法を用いて、さまざまな薬物の薬効、副作用、相互作用を定量的に予測するためのモデルや方法論を構築し、発表している。
主なテーマは以下の通りである。
(1) フッ化ピリミジン系抗癌薬とフェニトイン、ワルファリンの薬物相互作用に関する薬物動態研究(2) 非ステロイド性消炎鎮痛薬と抗うつ薬の胎盤透過性・胎児移行機構の解明と定量的評価(3) 経口抗真菌薬、抗うつ薬による薬物間相互作用に関する薬物動態研究(4) バルプロ酸とキチン･キトサンとの相互作用症例と機構の解明

B. 医薬品適正使用に関する情報、育薬研究の基盤となる医薬品市販後情報の収集･解析･評価･提供に関する研究
真に医療現場のニーズにマッチした研究を行うためにも、また大学で得られた研究成果を医療現場に還元するためにも、大学と医療現場の間の情報交換は必要不可欠である。また、教育面でも、医療現場には臨床事例という教育素材があふれており、これを収集することは大学にとって重要である。さらに、医療現場における教育にも、大学は積極的にかかわって社会貢献を進めていかなければならない。
これらを実現するためには、医薬品情報や教育コンテンツなどを効率的に収集・解析・評価・提供するためのシステムとプラットフォーム、メディアが必要となる。さらに、それらのシス
テムから見出された医薬品適正使用上の課題を解決するための育薬研究の推進も重要である。
そこで当講座では、医薬品適正使用に関する情報、育薬研究の基盤となる医薬品市販後情報の収集・解析・評価・提供に関する以下の研究をおこなっている。
(1) 薬局・薬剤師地域コミュニティにおけるヒヤリ･ハット事例収集システムの構築と運用(2) 薬局における医薬品副作用情報収集･解析システムの開発研究(3) 薬局薬剤師によるプレアボイド事例収集システムの構築とそれを用いた研修システムの開発(4) 後発医薬品進化のための市販後情報収集･評価システムとMR研修システムの構築と運用(5) 介護･看護における医薬品適正使用･育薬推進システムの構築と運用(6) 一般用医薬品適正使用推進をめざす登録販売者間情報交換･研修システムの構築と運用(7) 健康と病いの語りデータベースからの医薬品副作用情報の収集･解析
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(8) 医薬品適正使用推進のための患者宅における残薬調査研究(9) 離島･僻地における医薬品適正使用実態調査研究(10) 医薬品・健康食品の有用性･安全性情報ネットワークの構築
a) 臨床事例を活用した医療従事者間情報交換・研修システムの構築と展開
b) 健康食品の有用性・安全性情報ネットワークの構築と展開
c) 患者･消費者を対象とした医薬品情報収集･提供ネットワークの構築とその評価(11) 抗癌剤の適正使用実態とその問題解決のためのシステムの構築a) 経口抗癌剤の適正使用に向けた安全性情報の構築･提供に関する研究b) 医療施設における抗癌剤注射剤調製時の被爆予防のための設備と装備の実態調査(12) 医薬品適正使用及び医療安全推進のための患者服薬指導箋のあり方に関する研究(13) コンピュータによる処方設計・処方鑑査支援システムの構築

教育の概要
当講座は、2004年10月に設立された寄付講座であり、2006年度より、薬学部第７学期において「医薬品情報学」を開講している。特に市販後の薬学、すなわち医薬品適正使用、育薬、医薬品ライフタイムマネジメントなどに関する教育を提供している。このほか、大学院薬学系研究科「基礎薬科学特論IV」および「社会薬学特論」の一部を担当している。
講座配属学生としては、本学大学院博士課程１名、及び薬学科（６年生課程）の学部６年生２名、学部５年生１名、学部４年生２名に、育薬研究の指導を行った。
社会貢献教育としては、澤田らが九州大学において構築したインターネットサイト（薬剤師間情報交換システム；アイフィス）を、東京に移設後も実地に運用することにより、全国の薬剤師（2016年末現在で約16,000名）に対して週一回のメールマガジンを配信し、地域薬剤師教育に貢献している。これに加えて2005年からは医師・歯科医師を対象として、医薬品情報提供
サービスを開始した。2016年末現在、全国で約6,500名の医師・歯科医師に研修コンテンツを配信している。さらに、澤田らは福岡市内において、10年間以上にわたり地元薬剤師会と共催で育薬セミナーを毎月２回主催し、地域薬剤師教育に貢献してきた。2005年からは、東京都文京区においても同様のセミナー「育薬セミナー」を継続してきた（2007年より、セミナーの主催を特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメントセンター（本学教員を中心に2006年8月に設立された）に移管）。2008年より、福岡市の会場と文京区の会場に唐津市の会場（2013年～前橋市の会場）、2014 年より大阪会場を加えて４拠点をインターネットテレビ会議システ
ムでつないだ遠隔セミナーとして発展的に開催した（4 会場の受講者数の合計は約 130 名/回）。
また、インターネットを活用したVOD（video on demand）方式によるコンテンツの提供も開始
し、全国の薬剤師が自宅のパソコンでセミナーを受講することを可能としている（2016 年開講分の受講者数は約300名）。

自己点検･評価
当講座は、2004年10月に設立された寄付講座である。寄付講座設立から 10 年以上が経過し、
－－3－
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医薬品情報学研究を大きく発展させてきた。2015 年度より第 3 期がスタートし、講座名をこれまでの医薬品情報学講座から育薬学講座に改称し、育薬研究の基盤となる医薬品市販後情報の収集･解析･評価･提供に関する研究のさらなる発展を目指している。
競争的資金の獲得や製薬企業との共同研究の締結などを進め、研究活動を、順調に推進することが出来たと考えている。
社会貢献活動に関しても、前述のように、特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメ
ントセンターと連携して、医療現場の医師、薬剤師を対象に積極的な活動を展開している。これは、当講座の研究成果としての教育・研修システムの社会的実装・社会貢献活動と位置づけることができる。

学

術

論

文

1. Matsuo N, Hori S, Suehira M, Satoh H, Miki A, Sawada Y. Sisters whodeveloped piloerection after administration of milnacipran. Int J Clin
Pharmacol Ther, 54(3): 208-11, 2016.
2. Shihyakugari A, Hori S, Miki A, Sawada Y. Induced next-day somnolence in anelderly patient taking suvorexant concomitantly with diltiazem. Int J Clin
Pharmacol Ther, 54(8): 645-648, 2016.
3. Miyazaki S, Satoh H, Ikenishi M, Sakurai M, Ueda M, Kawahara K, Ueda R,
Ohtori T, Matsuyama K, Miki A, Hori S, Fukui E, Nakatsuka E, Sawada Y.
Pharmacokinetic model analysis of interaction between phenytoin andcapecitabine. Int J Clin Pharmacol Ther, 54(9): 657-665, 2016.
4. Tanaka S, Hori S, Satoh H, Sawada Y. Prediction of fetal ductus arteriosus
constriction by systemic and local dermatological formulations of NSAIDs
based on PK/PD analysis. Int J Clin Pharmacol Ther, 54(10): 782-794, 2016.
5. Ikenishi M, Kuroda A, Tsukazaki H, Nakao M, Takeuchi M, Konishi Y, Matsuda
T, Ohtori T, Matsuyama K, Takada M, Satoh H, Sawada Y, Ueda M.
Fluoropyrimidines S-1 and capecitabine may prolong international normalized
ratios of prothrombin time by 3-fold in cancer patients receiving warfarin.
Iyakuhin Johogaku (Jpn J Drug Inform), 18(3): 172-178, 2016.
6. 朴 恵林, 三木 晶子, 佐藤 宏樹, 馬来 秀行, 浅井 康平, 小西 ゆかり, 澤田 康文.
介護施設における安心・安全な服薬介助を目指した取り組み：介護スタッフを対象としたワークショップ開催による問題点の抽出と対応策の立案. 薬学雑誌, 136(6):913-923, 2016.
7. 荒井 基晴, 前田 一人, 佐藤 宏樹, 三木 晶子, 澤田 康文. 薬剤師による経口糖尿病薬の患者服薬指導箋の制作と患者による評価. 薬学雑誌, 136(10): 1449-1454,
2016.
8. 平山 匡彦, 鈴木 慎太郎, 井上 広平, 作元 誠司, 井手 陽一, 北原 敏弘, 中野 正治, 宮﨑 長一郎, 嵩下 賢, 出口 法隆, 佐藤 宏樹, 三木 晶子, 澤田 康文. 長崎県
－－4－
298 －

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二次離島における医薬品適正使用の実態と情報提供に関する研究. 医薬品情報学,
18(2): 87-94, 2016.
9. 藤枝 正輝, 野中 琢哉, 林 愛子, 長谷川 佳孝, 月岡 良太, 森澤 あずさ, 大石 美也, 佐藤 宏樹, 澤田 康文. 保険薬局における疑義照会事例から見える課題とその対応策. 医薬品情報学, 18(3): 1345-1464, 2016

1.
2.
3.
4.

5.

著 書
龍原 徹, 澤田 康文 著. 「ポケット医薬品集 2016」, 白文舎（2016）
澤田康文ら 著, 日経ドラッグインフォメーション編. 日経 DI クイズ 循環器疾患篇. 日経 BP 社 (2016).
澤田康文ら 著, 秋下雅弘 編著. 高齢者のポリファーマシー 多剤併用を整理する「知恵」と「コツ」. 南山堂 (2016)
新井洋由、澤田康文、草間真紀子、堀 里子、三田智文、山本武人. II．共同開発プ
ログラム ２．長期課題研究及びアドバンスト教育プログラム 東京大学での事業
先導的薬剤師養成に向けた実践的アドバンスト教育プログラム テキストブック.
南山堂、p138-144 (2016)
堀 里子、澤田康文. 医療現場における医薬品情報の加工と提供. 医薬品情報学 第4 版. 望月眞弓、武立啓子、堀 里子編、山崎幹夫 監. 東京大学出版会、p90-104(2016)

総 説
1. 澤田 康文. 薬剤師の動きと働きを記録に残そう.Excellent Pharmacy, (35) :1-4,
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

2016.01
澤田 康文. 【新薬展望 2016】 (第 I 部)創薬と育薬 育薬 教育の役割. 医薬ジャーナル. 52 : 242-248, 2016
澤田 康文. 医薬分業のメリットは個々の実例で証拠を示せ―電話モニタリングとトレースレポートによる見せる化―. 医療薬学. 42(4) : 303, 2016
澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 64 回 薬歴不備で薬剤師間の正確な情報伝達ができず！. 調剤と情報, 22(1) : 75-80, 2016.
澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 65 回 一包化の方法変更からア
レビアチンの過量服用に！. 調剤と情報, 22(2) : 191-197, 2016.
澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 66 回 抗線維化剤ピレスパ錠を抗精神病薬ピレチア錠と思い込み. 調剤と情報, 22(3) : 315-321, 2016.
澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 67 回 ツインライン NF 配合経腸用液の混合を知らずに誤調剤. 調剤と情報, 22(5) : 553-560, 2016.
澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 68 回 点眼液の処方は「5」に注意！. 調剤と情報, 22(6) : 715-721, 2016.
－－5－
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9. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 69 回 指導せんと説明が原因でプラザキサの服用を拒否！. 調剤と情報, 22(7) : 841-849, 2016.
10. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 70 回 複数介護者による服薬介助で重複服用！. 調剤と情報, 22(9) : 1109-1114, 2016.
11. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 71 回 服用中の薬で味覚障害？.
調剤と情報, 22(10) : 1257-1264, 2016.
12. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 72 回 パルミコートとシムビコートの初回使用時の操作の違いは？. 調剤と情報, 22(12) : 1560-1566, 2016.
13. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 73 回 「g」と「包」を処方と調剤の両方で取り違え！. 調剤と情報, 22(13) : 1705-1712, 2016.
14. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 74 回 軟膏容器のふたがいつの間にか入れ替わって誤使用. 調剤と情報, 22(14) : 1859-1865, 2016.
15. 澤田 康文. 薬局ヒヤリ・ハットなくし隊がゆく 第 75 回 どうしてめまいに喘息の薬が出ているの？. 調剤と情報, 22(15) : 1993-2000, 2016.
16. 澤田康文. 薬学的症例・DI 検討会事業における事例報告…1. 道楽誌. 33(2): 77-79,
2016.
17. 澤田康文. 群馬モバ イル DI 室・事例報告〈 10〉 . 群 馬 県 薬剤 師 会 会 報 . 153:
12-14,2016
18. 澤田康文. 群馬モ バ イル DI 室・事例報告〈 11〉 . 群 馬 県 薬剤 師 会 会 報 . 154:
13-15,2016
19. 澤田康文. きょうと薬事情報「薬学的症例・DI 検討会 事後報告 その 4」. 京都
薬報. 456: 47-53, 2016.
20. 澤田康文. きょうと薬事情報「薬学的症例・DI 検討会 事後報告 その 5」. 京都
薬報. 457: 49-53, 2016.
21. 澤田康文. 薬学的症例・DI 検討会 詳細事例〈5〉. お薬会報（福井）. 181: 38-45,
2016
22. 澤田康文. ホームページへようこそ

薬事情報センター. お薬会報（福井）. 181: 57,

2016
23. 澤田康文. 薬学的症例・DI 検討会

詳細事例〈9〉. お薬会報（福井）. 183: 21-26,

2016
24. 澤田康文. 薬学的症例・DI 検討会

詳細事例〈10〉. お薬会報（福井）. 181: 27-31,

2016
25. 澤田 康文. DIY（DIは薬局で活きる）日薬モバイルDI室事業 長崎県・事例報告〈19〉 県薬だより (長崎). 548 : 32-35, 201626. 澤田 康文. DIY（DIは薬局で活きる）日薬モバイルDI室事業 長崎県・事例報告〈20〉 県薬だより (長崎). 551 : 23-25, 201627. 澤田 康文. 薬局プレアボイド「事例番号 2」. 県薬 (奈良). 166 : 40-42, 2016.
28. 澤田 康文. 薬局プレアボイド「事例番号 3」. 県薬 (奈良). 167 : 20-23, 2016.
29. 澤田 康文. 薬局プレアボイド「事例番号 4」. 県薬 (奈良). 168 : 26-28 , 2016.
－－6－
300 －

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30. 澤田 康文. 薬局プレアボイド「事例番号 5」. 県薬 (奈良). 169 : 16-18 , 201631. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈17〉薬苑 (愛知). 630 : 64-75, 2016.
32. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈18〉薬苑 (愛知). 631 : 71-82, 2016.
33. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈19〉薬苑 (愛知). 632 : 17-23, 2016.
34. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈20〉薬苑 (愛知). 633 : 44-57, 2016.
35. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈21〉薬苑 (愛知). 634 : 56-59, 2016.
36. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈22〉薬苑 (愛知). 636 : 66-82, 2016.
37. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈23〉薬苑 (愛知). 637 : 36-44, 2016.
38. 澤田 康文. モバイルDI室・愛知県 事例報告〈24〉薬苑 (愛知). 639 : 62-67, 201639. 澤田 康文. 県薬／県病薬・ヒヤリハット事例徹底解析コーナー〈50〉 薬苑 (山形).
64(1) : 26-29, 2016.
40. 澤田 康文. 日薬モバイル（動く）DI室事業・山形事例報告〈11〉薬苑 (山形). 64(2) :28-32, 2016.
41. 澤田 康文. 県薬／県病薬・ヒヤリハット事例徹底解析コーナー〈51〉 薬苑 (山形).

64(3) : 24-28, 2016.
42. 澤田 康文. 日薬モバイル（動く）DI室事業・山形事例報告〈12〉薬苑 (山形). 64(4) :20-23, 2016.
43. 澤田 康文. 県薬／県病薬・ヒヤリハット事例徹底解析コーナー〈52〉 薬苑 (山形).

64(5) : 14-21, 2016.
44. 澤田 康文. 日薬モバイル（動く）DI室事業・山形事例報告〈13〉薬苑 (山形). 64(6) :11-15, 2016.
45. 澤田 康文. 県薬／県病薬・ヒヤリハット事例徹底解析コーナー〈53〉薬苑 (山形).

64(7) : 5-11, 2016.
46. 澤田 康文. 日薬モバイル（動く）DI室事業・山形事例報告〈14〉薬苑 (山形). 64(8) :7-10, 201647. 澤田 康文. 県薬／県病薬・ヒヤリハット事例徹底解析コーナー〈54〉薬苑 (山形).

64(9) : 13-22, 2016
48. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（173）ふくおか県薬会報. 332 : 43-48, 201649. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 3. ふくおか県薬会報. 332 :
49-51, 2016
50. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（174）ふくおか県薬会報. 333 : 44-47, 2016
51. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 4. ふくおか県薬会報. 333 :
58-63, 201652. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（175）ふくおか県薬会報. 334 : 33-38, 201653. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 5. ふくおか県薬会報. 334 :
39-44, 2016
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301 －

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54. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（176）ふくおか県薬会報. 335 : 33-37, 201655. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 6. ふくおか県薬会報. 335 :
38-41, 201656. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（177）ふくおか県薬会報. 336 : 39-43, 201657. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 7. ふくおか県薬会報. 336 :
52-56, 2016
58. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（178）ふくおか県薬会報. 337 : 21-25, 201659. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 8. ふくおか県薬会報. 337 :
26-31, 2016
60. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（179）ふくおか県薬会報. 338 : 105-109, 2016
61. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 9. ふくおか県薬会報. 338 :
110-112, 2016
62. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（180）ふくおか県薬会報. 339 : 31-34, 201663. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 10. ふくおか県薬会報. 339 :
43-47, 2016
64. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（181）ふくおか県薬会
報. 340 : 81-86, 201665. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 11. ふくおか県薬会報. 340 :
87-91, 201666. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会

事例報告

その 13. ふくおか県薬会報. 342 :

57-61, 2016
67. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（183）ふくおか県薬会
報. 342 : 46-49, 2016
68. 澤田 康文. 薬学的症例・DI 検討会 事例報告 その 14. ふくおか県薬会報. 343 :
66-70, 201669. 澤田 康文. 「ヒヤリ・ハット」と「処方チェック」の実際（184）ふくおか県薬会
報. 343 : 61-65, 201670. 澤田 康文. 広島県 モバイル DI 室・事例報告〈12〉広島県薬剤師会誌. 261 : 94-95,
2016.
71. 澤田 康文. 広島県

モバイル DI 室・事例報告〈13〉広島県薬剤師会誌. 262 : 76-78,

2016.
72. 澤田 康文. 広島県

モバイル DI 室・事例報告〈14〉広島県薬剤師会誌. 263 : 95-97,

2016.
73. 澤田 康文. 広島県

モバイル DI 室・事例報告〈15〉広島県薬剤師会誌. 264 : 60-61,
－－8－
302 －

目次へ

2016.
74. 澤田 康文. 広島県

モバイル DI 室・事例報告〈16〉 広島県薬剤師会誌 . 265 :104-106, 2016.
75. 澤田 康文. 広島県

モバイル DI 室・事例報告〈17〉広島県薬剤師会誌. 266 : 115-118,

2016
76. 澤田 康文. 「症例・DI 検討会」
「モバイル DI 室」で薬局プレアボイド収集.Excellent

Pharmacy, (35) :1-4, 2016.01

77. 澤田 康文. ヒヤリハット事例に学ぶ. 日経ドラッグインフォメーション . 230 :
30-32, 201678. SOMPO ケアネクスト ALOHA!. 夏号; 2, 2016.
79. 佐藤宏樹. 明日からの処方せんチェック・服薬指導に活用できる体内動態学. くすりと糖尿病. 5(1): 57-59, 2016.
80. 佐藤宏樹. 治療域が狭い・副作用が出やすい薬剤における DDI マネジメントの実践例！⓫：抗悪性腫瘍薬 (フッ化ピリミジン系). 薬局. 67(8): 2589-2593, 2016.
81. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈46〉. 医薬ジャーナル. 52(1): 154-159, 2016.
82. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈47〉. 医薬ジャーナル. 52(3): 936-941, 2016.
83. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈48〉. 医薬ジャーナル. 52(4): 1142-1147, 2016.
84. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈49〉. 医薬ジャーナル. 52(5): 1334-1339, 2016.
85. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈50〉. 医薬ジャーナル. 52(6): 1540-1546, 2016.
86. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈51〉. 医薬ジャーナル. 52(7): 1740-1745, 2016.
87. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈52〉. 医薬ジャーナル. 52(8): 1944-1949, 2016.
88. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈53〉. 医薬ジャーナル. 52(9): 2152-2157, 2016.
89. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈54〉. 医薬ジャーナル. 52(10): 2348-2353, 2016.
90. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈55〉. 医薬ジャーナル. 52(11): 2558-2564, 2016.
91. 佐藤宏樹, 澤田康文. 副作用・薬物相互作用トレンドチェック：注目論文を読み解
く〈56〉. 医薬ジャーナル. 52(12): 2744-2749, 2016.
92. 東京大学大学院薬学系研究科育薬学講座、DLM センター.新薬まるわかり 長時間作用性吸入気管支拡張薬 エンクラッセ 62.5 μg エリプタ 7/30 吸入用（ウメクリジ
ニウム臭化物）.澤田康文 監. 日経 DI PE 030-032 (2016.11).
－－9－
303 －

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93. 東京大学大学院薬学系研究科育薬学講座、DLM センター.新薬まるわかり 経口糖尿病治療薬（DPP-4 阻害薬）マリゼブ錠 12.5mg /25mg（オマリグリプチン）.澤田康
文 監. 日経 DI PE 030-032 (2016.9).
94. 東京大学大学院薬学系研究科育薬学講座、DLM センター. 新薬まるわかり セロト
ニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬（SNRI）イフェクサーSR カプセル
37.5mg /75mg（ベンラファキシン塩酸塩）.澤田康文 監. 日経 DI PE 030-032(2016.7).
95. 東京大学大学院薬学系研究科育薬学講座、DLM センター. 新薬まるわかり 抗ウイ
ルス薬ソバルディ錠 400mg（ソホスブビル）.澤田康文 監. 日経 DI PE 030-032(2016.5).

社会への貢献薬剤師卒後研修、医療従事者向け情報提供
・育薬セミナー 2016（会場型。東京、福岡、群馬の3会場をテレビ会議システムでつないで同時開催）、2回/月・育薬セミナー 2016（e-learning型）、24回配信/年
・医薬品情報提供誌（DLMジャーナル）の執筆・編集、2回/月・インターネットを介した薬剤師間情報交換システムにおける情報提供、1回/週・インターネットを介した医師向け医薬品情報提供システムにおける情報提供、1回/週・インターネットを介した登録販売者向け医薬品情報提供システムにおける情報提供、隔週 1
回（以上、詳細は｢教育の概要｣の項参照）

一般市民向け情報提供
・インターネットを介した医療消費者・患者を対象とした医薬品情報収集・提供システム（みんくす）における情報提供、不定期配信
・「災害時に困らないために・・地震など万一の時に備えよう！自分でできる“薬の情報”管理」小冊子の配布（全国の県立図書館・自治体、東南海地域の市立図書館、協力医療機関）
及びウェブ版の公開
・「みんなの薬剤師・みんなの薬 -薬剤師と上手に付き合う心得 9 箇条 薬への理解を深める 4箇条-」小冊子の配布（全国の県立図書館、協力医療機関）及びウェブ版の公開

その他
澤田康文
特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメントセンター 副理事長・センター長
公益社団法人 日本薬剤師会 DI委員会委員長

－－10－
304 －

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堀

里子
特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメントセンター 理事
日本医薬品情報学会 理事
日本医薬品情報学会 研究企画委員長

三木晶子
特定非営利活動法人 医薬品ライフタイムマネジメントセンター 理事

－－11－
305 －

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◆ 疾患細胞生物学講座 ◆教授新井 洋由（あらい・ひろゆき）

昭和 54 年東京大学薬学部卒、昭和 59 年東京大学大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科助教授、薬学博士

特任准教授

田口 友彦 （たぐち・ともひこ）

平成 4 年東京大学理学部卒、平成 9 年東京大学大学院理学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科特任准教授（衛生化学教室）、理学博士

研究の概要
我々の体を構成する真核細胞は多数の膜に囲まれた細胞小器官を有している。各細胞小器官はそれぞれ固有の機能を果たすとともに小胞を介して物質のやり取りを緊密に行っており、その結
果、細胞小器官全体を繋ぐ広大な物質の交通網が細胞内に整備されている。細胞内で生合成されたタンパク質および脂質は、この交通網を辿ることにより細胞内の適切な場所に運搬されて機能している。細胞の表面で機能すべき受容体タンパク質が表面に運搬されないと細胞外のシグナルを感知することができず多様な疾患の原因となり、また過剰に運ばれてしまうと過剰なシグナルを細胞内に産生することで癌などの原因となってしまう。まさに、細胞は“適材適所”ということを知り、生体分子を細胞内に配置しているといっても過言ではない。今までの疾患治療薬の多くは、疾患の原因となる酵素や受容体などの活性を直接阻害するまたは亢進させることを目的として設計されてきたが、今後は、細胞内で機能する場所という情報まで視野に入れ、疾患で損なわれた生体分子の“適材適所”を実現させる創薬戦略も可能になると予想される。本講座では、細胞の持つこの物質の交通網を分子レベルで理解することにより、“適材適所”の創薬を確立す
ることを目標とする。
細胞増殖に重要である転写コアクチベーターYAP はエンドソーム上で活性化する（本研究科衛生化学教室との共同研究）
YAP は細胞の増殖に重要である転写コアクチベーターである。増殖期にある細胞では、YAP は細胞質から核に移行し、増殖に必要な遺伝子群の発現を"on"にしている。一方、増殖が停止する環境（例えば細胞同士が接着するなど）に細胞がおかれると、Hippo と呼ばれる経路が活性化し、YAPをリン酸化することで YAP の核移行を抑制し、その結果、増殖に必要な遺伝子の発現が"off"になる。YAP の異常な活性化は細胞のがん化を引き起こすことから、YAP の制御機構を分子レベルで理解することは、がんの新しい治療薬の開発につながるものと期待されている。
本研究で、我々は、YAP の活性化にリサイクリングエンソーム（以下 REs）に濃縮して存在するリン脂質 phosphatidylserine（以下 PS）が必要であることを見出し、さらに YAP 活性を制御する
RE に局在する PS effector 分子を同定することに成功した（学術論文 1）。以下、結果について述
べる。

－－1－
306 －

目次へ

① PS の近傍に局在するタンパク質の網羅的同定
我々は以前に、REs という細胞小器官の細胞質側脂質層に PS が濃縮して存在することを明らかにしている（Uchida et al., PNAS 2011）。PS の濃縮は他の細胞小器官に認められないもので、REsのユニークな特徴である。我々は、PS の effector タンパク質を同定することで、REs の機能をより理解できると考えた。
近年、興味ある分子の近傍に存在するタンパク質を、バクテリア由来のビオチン化酵素（BirA*）を使って網羅的に同定する手法（BioID method）が報告された。そこで、我々が開発した PS 選択的 probe (2xPH)を BioID method に適用し、PS 近傍タンパク質を同定することを試みた。2xPH に BirA*を付与したコンストラクトを細胞質に発現させたところ、REs に局在化し、さらに培地にビオチンを添加することで、REs がビオチン化されることを細胞染色により確認した。細胞破砕液からビオチン化タンパク質をアビジンビーズで回収し、次いで質量分析に供した
ところ、約 350 種類のタンパク質を同定することができた。その中には、既知の RE 局在タンパ
ク質も多数同定されていたが、全く予想外なことに YAP を含めた Hippo 経路関連分子が 20 種類程度含まれていた。

② 細胞増殖期に YAP は核と REs に局在する
PS 近傍タンパク質として YAP が同定された結果は、REs に YAP が局在する可能性を示唆している。実際に、細胞増殖期にある COS-1 細胞を抗 YAP 抗体で染色したところ、核と REs に局在す
ることが明らかになった。
－－2－
307 －

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③ RE に局在する PS フリッパーゼ ATP8A1 は YAP を正に制御する
我々は以前に、REs の細胞質側の PS の濃縮は、RE に局在する PS フリッパーゼ ATP8A1 によって制御されていることを明らかにしている（Lee et al., EMBO 2015）。ATP8A1 をノックダウンした
ところ、細胞増殖期にかかわらず YAP の核局在が失われ、リン酸化 YAP（不活性化体）の増加、
YAP をリン酸化するタンパク質 Lats1 の活性化体（リン酸化 Lats1）の増加、そして YAP によって転写される遺伝子 CTGF の発現量が減少することが明らかになった。
以上の結果は、REs の細胞質側に濃縮して存在する PS は、YAP の活性を正に制御することを示している。また、その作用点は、YAP を不活化するキナーゼである Lats1 の不活性化であることも示唆された。

④ RE に局在する PS 結合タンパク質 evectin-2 は YAP を正に制御する
我々は以前に、PS に結合して REs に局在し、REs からの物質輸送を制御するタンパク質 evectin－－3－
308 －

目次へ

2 を同定している（Uchida et al., PNAS 2011）。evectin-2 をノックダウンしたところ、ATP8A1のノックダウンと同様に、細胞増殖期にかかわらず YAP の核局在の消失と YAP によって転写される遺伝子 CTGF の発現量の減少が認められた。この結果は。evectin-2 は、YAP の活性を正に制御することを示している。REs の物質輸送を制御する他のタンパク質（VAMP3 や Rab11）のノックダ
ウンが YAP の核局在に影響しなかったことから、物質輸送以外の YAP の活性制御機構が示唆された。

④ ATP8A1 および evectin-2 は乳がん細胞の増殖を正に制御する
乳がん細胞の MDA-MB-231 細胞は、YAP 依存的に増殖することが知られているがん細胞である。
MDA-MB-231 細胞で ATP8A1 および evectin-2 をノックダウンしたところ、細胞増殖が有意に減少し、特に evectin-2 のノックダウンは、YAP と TAZ（YAP のホモログ）のダブルノックダウンと同程度まで増殖を減少させた。
evevtin-2 の作用点を調べるために、YAP 関連分子の量とリン酸化状況を検討したところ、リン酸化 YAP（不活性化体）の増加、および YAP をリン酸化するタンパク質 Lats1 の増加が認めら
れた。

－－4－
309 －

目次へ

⑤ evectin-2 は Nedd4 E3 ligase に結合する
evectin-2 による YAP の制御機構を明らかにするために、evectin-2 結合タンパク質に着目した。
FLAG タグを付与した evectin-2 に結合するタンパク質を質量分析により解析したところ、Nedd4
E3 ligase と呼ばれる３種類のユビキチン E3 ligase（Itch、WWP1、WWP2）が同定されてきた。
Nedd4 E3 ligase は、”PPxY”配列に結合する WW domain を複数持つ E3 ligase である。興味深
いことに、evectin-2 は”PPxY”配列でも WW domain が特に強く結合する”PPPY”配列を有していた。そこで、”PPPY”配列を欠失した evectin-2 を作成し、これら E3 ligase との結合を調べたところ、Itch、WWP1、WWP2 のどれも結合できないことが明らかになった。

⑥ Nedd4 E3 ligase は YAP を正に制御する
Nedd4 E3 ligase をノックダウンしたところ、evectin-2 ノックダウンと同様に、細胞増殖期にかかわらず YAP の核局在が失われ、リン酸化 YAP（不活性化体）が増加した。また、YAP をリン酸化するタンパク質 Lats1 の増加を認めた。この結果は、Itch、WWP1、WWP2 は YAP を正に制御す
ること、その作用は Lats1（YAP をリン酸化により不活化するタンパク質）の量を減少させることによるものであることが示唆された。
次に、evectin-2 と Nedd4 E3 ligase の結合が YAP の制御に関与しているかどうか検討を行った。evectin-2 をノックダウンした細胞に、野生型の(siRNA 耐性の)evectin-2 または Nedd4 E3ligase に結合できない evectin-2 を戻し、YAP の核局在を調べたところ、野生型の evectin-2 では YAP の核局在がレスキューされるのに対し、変異型 evectin-2 ではレスキューされなかった。
この結果は、evectin-2 による YAP の制御は、evectin-2 と Nedd4 E3 ligase の結合を介したものであることを示唆している。

－－5－
310 －

目次へ

⑦ evectin-2 は Nedd4 E3 ligase を活性化する
Nedd4 E3 ligase は通常は自己抑制された立体構造をとっており、他のタンパク質と結合すると自己抑制が解除され、活性化することが知られている。また、その際に、自己ユビキチン化が起きることも知られている。そこで、野生型の evectin-2 または Nedd4 E3 ligase に結合できない
evectin-2 を発現させた時の Nedd4 E3 ligase のユビキチン化を検討したところ、野生型のevectin-2 の発現では Nedd4 E3 ligase の顕著なユビキチン化を認めたが、変異型 evectin-2 では認められなかった。この結果は、evectin-2 は Nedd4 E3 ligase と結合することで、Nedd4 E3 ligaseを活性化することを示唆している。

⑧ 総括
以上の結果から、現在 YAP の活性化機構を以下のように考えている（次頁、模式図参照）。
＊ RE の細胞質側脂質層に濃縮して存在している PS は Lats1 のリン酸化を抑制することで、YAPの活性化を正に制御する。
－－6－
311 －

目次へ

＊ RE に存在する evectin-2 は、Nedd4 E3 ligases の活性化を促進する。活性化した Nedd4 E3ligase は Lats1 をユビキチン化し、Lats1 の分解を促進することで YAP の活性化を正に制御する。

自己点検･評価
当講座は、細胞内の物質輸送を脂質動態を中心軸として分子レベルで理解することを目標としている。2016 年の成果として、細胞増殖に重要な役割を果たす転写コアクチベーターYAP がリサ
イクリングエンドソーム上の PS によって活性化を受けていることを見出した。ATP8A1、evectin-2/Nedd4 E3 ligase のノックダウンが乳がん細胞の増殖を抑制することから、本発見はがん治療の新しい創薬ターゲット分子を提供するものである。以上、研究は順調に進展していると評価できる。

学 術 論 文(1) Matsudaira, T. et al., Endosomal phosphatdylserine is critical for the YAP
signalling pathway in proliferating cells. in revision(2) Mukai, K. et al., Activation of STING requires palmitoylation at the Golgi. Nat

Commun 7, 11932 (2016).
(3) Henmi, Y. et al., Phosphatidic acid induces EHD3-containing membrane tubulation andis required for receptor recycling. Exp. Cell Res. 342, 1-10 (2016).

－－7－
312 －

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◆リーディング大学院支援研究室 ◆
特任准教授

加藤 大

（かとう・まさる）

平成６年東京大学薬学部卒、平成11年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院工学系研究科特任准教授、博士（薬学）研究の概要
私どもは、生命活動の本質を理解するためには、その活動を制御している生体物質の計測が重要であると考え、これまで測定が困難であった生体物質の測定、もしくはその変動を分析するための手法の開発研究を進めている。特に最近は、科学の発展によりナノスケールの物質の創製や計測が可能になってきたことから、ナノメートルサイズの物質を高精度で迅速に分析する手法や優れた機能を有するナノ材料を開発することで、ナノスケールで生命活動を捉えるという新しいアプローチを開拓している。
平成 28 年度は、光応答性ナノ粒子から放出するタンパク質の量の制御と皮膚から体内に浸透し、体内で内包物質を放出する光応答性ナノ粒子の開発を行った。
１． 光応答性ナノ粒子を用いた細胞内タンパク質の活性量の制御
ナノ粒子は、高い比表面積やバルクとは異なった材料特性を示すことから、いろいろな用途での研究開発が進んできる。その中でも、ナノ粒子内に機能性物質を内包させた機能性物質内包ナノ粒子は医療、工業生
産、化粧品など様々な分野で注目され、新しいナノ粒子の開発研究が進んでいる。
様々な物質の内包が可能なナノ粒子として、我々は４腕化合物を用いたナノ粒子の調製法を開発した。ナノ粒子に物質を取り囲むように網目構造を作製することで、内包物質とナノ粒子間には、化学結合などを形成する必要は無く、内包物質に特定の官能基が必要でなく、また網目構造の隙間の大きさを調節することで内包物質の大きさの制限も無いため、本ナノ粒子はいろいろな物質の内包が可能であった。
さらに本ナノ粒子を構成する４腕化合物に光開裂基を導入すると、光照射によってナノ粒子が崩壊し、タンパク質等の内包物質の放出に成功した。光照射によって、ナノ粒子から内包物質を放出するタイミングや場所の制御が可能であることから、本ナノ粒子を用いることでタンパク質
等の機能性物質が機能発現するタイミングや場所の制御が可能であった。そこで、今年度は、光照射によって放出されるタンパク質の量を制御することで、光によるタンパク質が機能する「タイミング」「場所」「量」の全てが制御可能な手法の確立を目指した。

－259－
－
313 －

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（１）光応答性ナノ粒子の物性評価

Prior to irradiation

始めに、調製した光応答性ナノ粒子の光照射前後の大きさや形状を動的光散乱法（DLS）、透過型電子顕微鏡（TEM）,原Post irradiation

DL
S

子間力顕微鏡（AFM）で測定した（図１）。
いずれの測定法においても、光照射前の大きさは 20 nm 程度であり、また AFM やTEM の観察から球体であることが確認された。光照射後は、いずれの測定法でも 20
nm のナノ粒子は消失し、TEM と AFM では多T
E
M

数の小片が観察されるようになった。DLS
では、主ピークの中心値が小さくなると
共に 80－100nm 程度に新しいピークが検出された。これは凝集した断片を検出してAFMいると考えられる。本ナノ粒子は光照射
前は 20 nm 程度であり、光照射によって崩壊することから、内包物質の放出に利用
できる。

図１

調製したナノ粒子を冷蔵庫（4 度）で保DLS, TEM, AFM で測定した光照射前後の光応答性
ナノ粒子

管した時の安定性を調べるために、保管
前、１週間と２週間後の溶液を DLS で分析した結果、

15

0 day

ナノ粒子の粒子径は殆ど変化しなかった（図２）。
の間は安定に存在することから、本ナノ粒子は実験毎に用事調製する必要はなく、調製後数日は使用可
能であると考えた。
（２）光照射によって発現する酵素活性の評価

1 weekDifferential Intensity (%)

つまり本ナノ粒子は冷蔵庫に保管すれば、しばらく

2 week105

次にナノ粒子の調製時に添加する酵素量と光照射0後に示す酵素活性量との関係を調べた。酵素には、

050

トリプシンを選択し、調製溶液に添加するトリプシ
ン量を変化させ、ナノ粒子を調製した。各ナノ粒子

100

150

200

Diameter (nm)

図２ 冷蔵庫で保管したナノ粒子溶液の DLSの光照射後のトリプシン活性を測定した結果、調製分析時に用いたトリプシン量に比例して、光照射後のトリプシン活性は増加した。つまり、ナノ粒子調製時に添加するタンパク質量を変化することで、光照射後の活性の制御が可能であった。

－260－
－
314 －

目次へ

（３）細胞内で光照射によるカスペースの活性制御
次に、HeLa 細胞内にカスペース内包ナノb)a)

粒子を導入し、光照射によって細胞内でカスペースの放出を試みた（図３）。本ナノ粒子の調製時に 10％のポリアミンを添加す
ると、ナノ粒子はクラスリン介在性エンド
サイトーシスによって細胞内に取り込まれ、さらにエンドソームを効率的に脱出し、細胞質に分布することを、既に、我々は見出している。つまり、培地にカスペース内包ナ

図 3ノ粒子を添加すると、カスペース内包ナノ粒a) カスペース内包ナノ粒子及び、b) カス
ペースを内包していないナノ粒子を投与した子は、細胞に取り込まれ、細胞質に送達する

HeLa 細胞の蛍光像と考えられる。カスペースの放出の確認には、
カスペースの蛍光性基質である CR(DEVD)2 と細胞の核を染色する hoechst33342 を用いた。その結果、カスペースを内包していないナノ粒子を投与し、光照射した細胞からも CR(DEVD)2 に由来する蛍光が僅かに検出された。
つまり、ナノ粒子の投与や光照射によって内在性のカスペースが機能し、CR(DEVD)2 由来の蛍光が観察されるようになった。一方で、カスペース内包光応答性ナノ粒子を投与した細胞の場合は、照射後に強い蛍光が観察された。これは、内在性のカスペースに加えて、ナノ粒子から放出されたカスペースが存在するため、CR(DEVD)2 由来の蛍光が強くなったと考えられる。つまり両者の蛍光強度の差が、ナノ粒子から放出されたカスペースに起因すると考えられる。このようにナノ粒子と光照射を組み合わせることで、細胞内でカスペー
スの放出に成功した。
（４）細胞内で放出されるカスペース活性の制御

irradiation only (no NP)2h0h

最後に、培地に添加するナノ粒子の量を変化させることで、光照射時に細胞内で放出さcaspase-encapsulated NP
0h
2h

れるカスペースの量を変化させ、その時の細胞の変化を観察した。今回は、細胞膜の透過1.5 %性に注目し、指標として Propidium Iodide（PI）による蛍光を利用した。一般的に PI は、正常な生細胞の細胞膜は透過できず、膜に損傷が起こると細胞内に流入し、蛍光を発する。

7.5 % NP without caspase
2h
0h
2.5 %

光照射前後の細胞の蛍光像を図４に示した。
照射前はどの細胞でも PI 由来の赤い蛍光が見られず、照射後は濃度の異なった３種類のカ

7.5 %スペース内包ナノ粒子を添加した細胞のみから赤い蛍光が観察され、添加したナノ粒子の量が多い細胞ほど強い蛍光を示した。また、光照射によってナノ粒子からカスペー

図４a) 異なった濃度のナノ粒子を投与した細胞の蛍
光像

－261－
－
315 －

目次へ

スが放出されても、細胞は成育し、細胞死には至らなか

1.8

った。ナノ粒子を投与せず光照射のみを行った細胞、何照射した細胞では、PI 由来の蛍光が検出されなかった。
図５に細胞内外の蛍光強度の比の時間変化をまとめた。
観察した２時間では、カスペース内包光応答性ナノ粒子を投与した細胞のみで PI 由来の蛍光が観察され、その蛍光強度はナノ粒子の投与量が増加するほど、光照射からの経過時間が長くなるほど強度が増加した。つまりナノ粒子から放出されたカスペースによって、細胞膜の透▲ 2.5 % caspase-encapsulated NP

Relative fluorescence intensity(inside cell/outside cell)も内包していないナノ粒子を高濃度に投与し、さらに光■ 7.5 % caspase-encapsulated NP

1.6

1.4

■
▲

1.2

●
▲
●

■
▲
1 ×
●
□
0

過性が向上し、PI の細胞内への流入が起こり、細胞質から蛍光が検出されるようになった。このように投与する■● 1.5 % caspase-encapsulated NP
× irradiation only (no NP)□ 7.5 % NP without caspase

□
×
2

×
□
1

Time (h)図５ 光照射からの時間と細胞内の蛍光強度

ナノ粒子の量を調整することで、細胞内で放出されるタ
ンパク質の量を多段階で調節することができ、細胞内の応答反応を比較することが可能になった。
２． 皮膚から浸透し、体内で内包物質を放出する光応答性ナノ粒子の開発
生体の皮膚は、外界からの異物の侵入を防ぐバリアとして機能しているが、それが医薬品などの必要な物
質の体内への導入の際には障害になる。皮膚から医薬品を投与することが可能になれば、肝臓による代謝の影響を受けずに、患部に直接、医薬品を非侵襲で送達することができるため、理想的な医薬品の投与法になると考えられる。しかし、経皮投与が可能な医薬品は限られおり、中には注射のような侵襲的な手法でしか投与できない医薬品も存在する。このような医薬品が経皮投与可能になれば、患者の QOL を向上できると考えられる。医薬品の皮膚浸透性を改善する試みとして、細胞膜の透過性が向上する膜透過性ペプチド（CPP）を利用した研究が行われている。しかし、CPP を利用して膜透過性を向上させるには、医薬品と CPP を化学的に結合させる必要があり、結合部位によっては、薬効が変化する可能性がある。そこで、より手軽に様々な医薬品を送達する手法として期待されているのがナノ粒子である。ナノ粒子は、物質と直接、化学結合する必要が無く、ナノ粒子に内包することで医薬品を保護した状態で疾患部位まで送達させることもできる。また、ナノ粒子の表面を修飾することで、膜透過性の向上や標的指向化など、応用性に優れ、DDS としての可能性は計り知れない。我々は、BODIPY 誘導体を表面修飾した光応答性シリカナノ粒子が、HeLa 細胞に効率的に取り込まれることを見出した。さらに本ナノ粒子は、可視光の照射によって分解し、内包物質を放出することができる。そのため本ナノ粒子が皮膚から浸透し、生体内に取り込まれれば、医薬品を皮膚から患部に送達させるキャリアとして利用できると考えた。そこで本研究では、本光応答性シリカナノ粒子の皮膚組織に対する浸透性について調べた。

－262－
－
316 －

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b) SNPa) RB（１）皮膚細胞への取り込み評価
まず始めに皮膚の培養細胞であるヒト表皮角化細胞（HaCaT 細胞）を用いて、BODIPY 修飾ローダミン内包シリカ粒子（BSNP）と、低分子のローダミ、ローダミン内包
シリカ粒子（SNP）の細胞内取り込みを比較とした。ロー20 µm

ダミン自身や SNP を培地に添加しても、あまり細胞内に12c) BSNP

Fluorescence Intensity (a.u.)

は取り込まれなかった（図６）。それに対して、ローダ

20 nm

ミン内包 BSNP を添加した HaCaT 細胞からは、ローダミン
由来の赤色の蛍光が強く観察された（図６c）。撮影した画像から細胞内の蛍光強度を比較すると、BODIPY の被覆によってナノ粒子の取り込み量が大幅に増加していた（図６ d）。以前の報告で、BODIPY は、HeLa 細胞に対す

d)

8

4

0

RB

る高い膜透過性を持つことが明らかとなったが、今回の検討から HaCaT 細胞に対しても同様に高い膜透過性を持

図６

SNP

SampleBSNPa) ローダミン、SNP、BSNP を投与しつことが判明した。このことから、BSNP は、実際の皮膚た HaCaT 細胞の共焦点蛍光顕微鏡像、に対しても膜透過性を持つと期待された。さらに、BSNPd) 細胞内の蛍光強度の比較と光照射は、細胞の成育にほとんど影響を与えなかった。
そのため、BSNP は皮膚から体内に物質を運ぶキャリアとして有望であると考えた。
（２）皮膚組織への取り込み評価
a) 未処理の皮膚組織への浸透
体外から皮膚を通して物質を体内に取り込む経路として、３つの経路が知られている。1）皮膚細胞内部を経由する経路、2）皮膚細胞間の隙間を経由する経路、及び 3）毛嚢や汗腺を経由する経路が存在する。毛根は、皮膚からの浸透の際に障害となる角質層を超えて、直接、真皮まで達していることから、ナノ粒子のような大きな物質の浸透には、毛嚢を利用した経路が最も有効であると考えられている。しかし、毛嚢の量は、個人や組織によって大きく変動することから、毛嚢を経由した薬物投与は、投与量が大きく変化する可能性
c) SNPd) BSNPj) 50

f) BODIPYg) SNPh) BSNPi) BSNPtape strippede) RB

stratum
corneum
epidermis

Fluorescence intensity (a.u.)b) BODIPY

intacta) RB

Tape stripped

250(Bright-field image)dermisIntact

SNP

BSNP
Sample

図７ a-d) 無処理の皮膚にローダミン、BODIPY、SNP、BSNP を塗付した際の蛍光像、e-h) テープ
ストリッピング処理によって角質層に損傷を与えた皮膚にローダミン、BODIPY、SNP、BSNPを塗付した際の蛍光像、j) 角質層より深部に浸透した蛍光物質の量の比較

－263－
－
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があるので、理想的な経路ではないと考えられる。そこで本研究は、毛嚢から離れた領域の皮膚を蛍光顕微鏡で観察し、１）細胞内部および、２）細胞間の隙間を経由して浸透したナノ粒子の量を測定した。実験には、ヒトの皮膚と構造が類似しているブタの皮膚を用いた。蛍光の低分子化合物であるローダミンや BODIPY
を皮膚に塗付すると、角質層まで浸透した（図７a）。一方で、ローダミンを内包した SNP と BSNP は、非常に少量が角質層に浸透した（図７b, c）。細胞の結果から、ローダミンよりも BSNP の方が膜透過性に優れていると考えられるが、角質層への浸透量はローダミンの方が BSNP より多かった。また、SNP は負電荷を帯びているため、負電荷を有する細胞膜の透過性が低いと言われているが、BSNP と同程度浸透した。以上のこと
から、角質層への浸透には、物質の膜透過性よりも物質の大きさが影響しており、ナノ粒子は角質層が存在すると浸透できないと考えた。
b) テープストリッピングを行った皮膚組織への浸透
角質層は、皮膚表面に存在する層状に配列した死細胞であり、接着テープなどによって容易に除去することができる。上記の検討で、角質層がナノ粒子の浸透を妨害していることが示唆されたので、今度は角質層を接着テープで損傷（テープストリッピング処理）した皮膚を用いた。ローダミン、BODIPY、SNP、BSNP を角質層が損傷した皮膚組織に塗布し、皮膚からの浸透について評価した。ローダミンと BODIPY は、未処理の時より多くの量が浸透し、BODIPY に関しては上皮細胞まで到達した。つまり BODIPY はローダミンよりも皮膚の深部まで透過した。SNP と BSNP は未処理の時よりも角質層に浸透した量が増加したことに加え（図７g）、
BSNP は真皮まで浸透した（図７h）。また BSNP の浸透量は、SNP の約 10 倍であった。テープストリッピング
処理によって BSNP のみが深部に存在する真皮に浸透した２つの理由を考えた。１）ナノ粒子の浸透が可能な間隙がテープストリッピング処理によって形成された。２）BSNP の高い膜透過性が皮膚の深部への到達を可能にした。粒子径がほぼ同じである SNP はほとんどが角質層で留まっているのに対して、BSNP は真皮まで到達した。以上の結果から、培養細胞で評価した細胞への取り込み量と皮膚組織への浸透量は必ずしも一致しないと考えられる。角質層の浸透には物質の大きさが、それより下層への浸透には物質の膜透過性が影響を与えていることが示唆された。これまでに真皮まで到達するナノ粒子の報告はほとんど無いため、本 BSNP は皮膚から導入可能なキャリアとして有望であると考えられる。ナノ粒子を表面修飾することで皮膚から浸透する例として、CPP が報告

鎖である CPP と、芳香環より構成される BODIPY とは構造や物性が大きく異なっていることから、BODIPY は、
CPP とは異なった効果によ

200ってナノ粒子の皮膚からの55 nm(0.21)
15 nm
80 nm(0.15) 35 nm (0.24)(0.23)

1

浸透に影響していると考え

10
100
Diameter (nm)Fluorescence intensity (a.u.)

ミノ酸を多数持つペプチド

b) 50

a) 40
Differential Intensity (%)

されているが、塩基性のア

25

0

0

25
50
75
Diameter (nm)

100

ている。
図８

a) 実験に用いたナノ粒子の粒子径、b) 粒子径と浸透したナノ
粒子の量

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－
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（３）粒子径の影響
次に、BSNP の粒子径が、浸透に与える影響について調べた。粒子径 15, 35, 55, 80 nm の粒子を調製し、皮膚に塗付し、上皮と真皮で観察されたナノ粒子由来の蛍光強度を比較した（図８）。15 nm のナノ粒子は体積が小さく、粒子１個辺りの蛍光強度が弱く、他のナノ粒子と同様な蛍光強度の分散液を調製することができなかった。15 及び 35 nm の粒子は速やかに皮膚から浸透し、55 nm のナノ粒子も浸透し、80 nm のナノ粒子は僅かに浸透した。つまり粒子径が大きくなると浸透の効率が低下した。15 nm と 35 nm のナノ粒子を比較すると、ナノ粒子の内部空間が大きく、より多くの物質を内包しキャリアとして目的部位に物質を運ぶことが可能な 35 nm の粒子の方が適していると考え、以後は 35 nm の粒子を用いて検討した。これまでは皮膚を浸透す
る粒子の大きさの限界として約 45 nm と報告されていたが、今回は 80 nm のナノ粒子も浸透することが明らかになった。これは、BODIPY 修飾によって浸透能が向上し、より大きなナノ粒子も浸透できるようになったためと考えられる。

100

BSNP の皮膚への塗布時間を変更し、角質層より深部に存在する上皮と真皮への浸透量を測定したところ、浸透量は時間とともに増加した（図９）。つまり塗布時間を調節することで、浸透量を調製することが可能であり、時間を長くするほど浸透量は増加した。BSNP

Fluorescence intensity (a.u.)（４）塗布 時間の影響

75

50

25

は、塗付後、1 時間で既に真皮に到達しており、速い
速度で皮膚から浸透していた。

01（５）ナノ粒子を利用した高分子の皮膚からの浸透
最後にキャリアとしての BSNP の有効性を調べる

3
Incubation time (h)5

図９ 塗布時間と浸透したナノ粒子の量ために、皮膚から浸透することができない分子量20000 Da の FITC-dextran を内包した BSNP を調製し、皮膚からの浸透を評価した。Dextran そのものと、BSNP に内包した dextran を皮膚に塗付し、蛍光顕微鏡で観察した結果、ナノ粒子に内包されている dextran は、皮膚から浸透した（図１０）。このように BSNP は、内包した物質と一緒に皮膚から浸透するため、生体深部の目的の場所に物質を届けるキャリアとして利用することa) dextranができる予想され、今後は患部のみに医薬品を送達さb) BSNP

せる DDS 技術としての利用を試みたい。

図１０

蛍光標識デキストラン(a)と BSNPに内包した蛍光標識デキストラン(b)の皮膚
からの浸透

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－
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教育の概要本研究室は、東京大学ライフイノベーション・リーディング大学院「ライフイノベーションを先導するリーダー養成プログラム（GPLLI： Graduate Program for Leaders in Life Innovation）」の運営に携わっている。本プログラムでは、ライフイノベーションに関わる世界的にみても優れた
教育・研究資源を統合し、基礎から臨床、医薬品から医療機器まで、ライフイノベーションを支える多様かつ複雑な局面においてリーダーシップを発揮しうる人材を育成している。先端医療開発システムは複雑系であり、リーダーには多分野の知識と人をまとめ上げるための複合的能力「リーダー力」（自らの専門の確固たる軸足、俯瞰的視野、コミュニケーション能力、見識）が要求される。本プログラムでは、グローバルな先端医療開発システムの構築に向けて医・工・
薬・理学系が協働して、部局横断型の学位プログラムを立ち上げ、上記の要求特性を満たす国際的リーダー候補人材の育成を目指している。
具体的なカリキュラムとして、
1．リーダー論
2．分野俯瞰講義
3．輪講
4．学内実習5．学外実習6．全体会議7．ケーススタディを行い、本カリキュラムを修了した学生に対しては東京大学の正式な修了証を授与している。
5．の学外実習の一環として、海外サマーインターンシッププログラムに 13 名の薬学系大学院生が参加し、約２ヶ月間、Dalhousie University (１名)、Stanford University (１名)、Columbia
University（１名）、Chicago University (１名)、Massachusetts Institute of Technology（１名）、University of Texas MD Anderson Cancer Center（１名）、Eisai Inc. Andover Site（１名）、The
University of Manchester（１名）、Eidgenössische Technische Hochschule Zürich（ETH）（1 名）、
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) （３名）、University of Basel（１名）の短期留学を行った。
7.ケーススタディは、学内外の研究者によるライフサイエンス分野での事業化事例を学ぶとともに、本カリキュラムで培われた経験と知識を総動員し、学生自身の研究成果をもとにした事業化のプランを作成し、実践力を養うことを目的としている。事業化プランの作成時には、医学系、工学系や理学系に在籍する同世代の異分野の大学院生と議論する場を設けることで、各自の研究の視点を広げると共に、異分野の研究者とのコミュニケーション力を磨く機会を提供している。
これらの運営は、医学系、工学系、理学系の特任教員及び、加藤が中心になって行っている。

自己点検･評価
私共のグループは、医工薬理の融合教育研究という、新しい枠組みでの研究を行うと共に、ナノバイオ融合最先端研究を推進した。2016 年には、分析化学とナノサイエンスの分野の国際誌に論
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－
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文を発表することができた。引き続き、オリジナリティーの高い、優れた成果が産み出せるように努力し続けることが重要であると考えている。

学術論文
１. R. Bakalova, B. Nikolova, S. Murayama, S. Atanasova, Z. Zhelev, I. Aoki, M. Kato, I. Tsoneva, T.
Saga “Passive and electro-assisted delivery of hydrogel nanoparticles in solid tumors, visualized by
optical and magnetic resonance imaging in vivo” Analytical Bioanalytical Chemistry, 2016, 408,
905-914, DOI 10.1007/s00216-015-9182-4
２. N. Ito, E. Yamamoto, T. Santa, T. Funatsu, M. Kato “Effect of nanoparticle surface on the HPLC
elution profile of liposomal nanoparticles” Pharmaceutical Research, 2016, 33, 1440-1446, DOI
10.1007/s11095-016-1886-4
３. Y. Shibata, S. Murayama, T. Amamoto, T. Santa, M. Kato “Controlled in-cell release of caspasefrom photodegradable nanoparticles using the PARCEL method” Applied Spectroscopy Reviews,
2016, 51:7-9, 669-677, DOI: 10.1080/05704928.2016.1167068
４. T. Amamoto, S. Hirakawa, T. Santa, T. Funatsu, M. Kato “Surface modification of silica
nanoparticles with 4-aryloxy boron dipyrromethene (BODIPY) enhances skin permeation” Journal of
Materials Chemistry B, 2016, 4, 7676-7680, DOI: 10.1039/C6TB02188C
５. M. Kato “Development of analytical methods for functional analysis of intracellular protein using
signal-responsive silica or organic nanoparticles” Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis
2016, 118, 292-306, Doi:10.1016/j.jpba.2015.10.021.
６. 加藤

大 “シリカモノリスを用いたナノ粒子と低分子化合物の一斉分析・精製法の開発” 分析

化学 2016, 65, 703-714, DOI.org/10.2116/bunsekikagaku. 65.703

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－
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◆ 医療薬学教育センター◆
センター長・教 授（兼任） 新井 洋由（あらい・ひろゆき）
昭和 54 年東京大学薬学部卒、昭和 59 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科助教授、薬学博士

教 授（兼任）

一條 秀憲（いちじょう・ひでのり）

昭和 60 年東京医科歯科大学歯学部卒、平成 2 年同大学大学院歯学研究科博士課程修了
前職：東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 教授、歯学博士

客員教授（兼任）

澤田 康文（さわだ・やすふみ）

昭和 49 年東京大学薬学部卒、昭和 51 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：九州大学大学院薬学研究院教授、薬学博士

教 授（兼任）富田 泰輔（とみた・たいすけ）

平成 7 年東京大学薬学部卒 平成 9 年同大大学院薬学系研究科修士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科准教授、博士（薬学）

教 授（兼任）鈴木 洋史（すずき・ひろし）

昭和 59 年東京大学薬学部卒、昭和 62 年同大大学院薬学系研究科博士課程中退
前職：東京大学 医学部附属病院薬剤部 助教授、薬学博士

特任教授

三田 智文

(さんた・ともふみ)

昭和 56 年東京大学薬学部卒、昭和 61 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科准教授、薬学博士

講 師

山本 武人

(やまもと・たけひと)

平成 13 年東京大学薬学部卒、平成 16 年同大学大学院薬学系研究科博士課程中退
前職：東京大学 医学部附属病院薬剤部 薬剤主任、博士（薬学）教育の概要
本センターは、2012 年 6 月に、新しい薬学教育課程における教育・研究体制の充実を目指して、
医療薬学高度教育開発センターとして設置された。2014 年 4 月に、教育 6 年制薬学科教育課程の更なる充実のため、医療薬学教育センターに改称された。現在、実務実習事前学習（薬学実務実習
Ⅱ）、薬学共用試験（CBT、OSCE）、実務実習病院実習（薬学実務実習Ⅲ）、実務実習薬局実習（薬学
実務実習Ⅳ）を担当している。

１．薬学共用試験（１）CBT（Computer-Based Testing）
2016 年 1 月 26 日、薬学科 4 年生 5 名、薬学科履修プログラムの大学院生 2 名、計 7 名を対象
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として CBT を実施した。CBT は、薬学共用試験センターの実施要綱に従って実施した。CBT では、
ゾーン１（物理系薬学（30 題）、化学系薬学（40 題）、生物系薬学（35 題）：合計 105 題）、ゾーン
２（薬と疾病・薬理系（55 題）、薬剤系（35 題）、情報系（15 題）：合計 105 題）、ゾーン３（ヒューマニズム・イントロダクション（10 題）、健康と環境（40 題）、薬学と社会（20 題）、実務実習
事前学習（30 題）：合計 100 題）の合計 310 題を出題した。310 題中正答率 60％以上を合格とした。
（２） OSCE（Objective Structured Clinical Examination）
2016 年 1 月 22 日、薬学科 4 年生 5 名、薬学科履修プログラムの大学院生 2 名、計 7 名を対象として OSCE を実施した。OSCE では、１）患者・来局者応対、２）薬剤の調製、３）調剤監査、
４）無菌操作の実践、５）情報の提供、の 5 領域の 6 課題について評価した。OSCE では、2 人の評
価者が評価表を用いて 1 名の受験生を評価した。評価には、本学部の教員(内部評価者)だけではな
く、外部評価者として、他薬科大学・薬学部の教員、病院・薬局の薬剤師も加わった。評価は課題ごとに行い、細目評価で評価者 2 名の平均点が 70%以上かつ概略評価で評価者 2 名の合計点が 5 以上を合格とした。

２．実務実習病院実習2016 年は、薬学科 5 年生 5 名、薬学科履修プログラムの大学院生 2 名を対象として、東京大学医学部附属病院において 11 週間（2 月 8 日～4 月 22 日）の病院実習を実施した。病院実習は
モデル・コアカリキュラムに準じた実習プログラムに従って円滑に実施された。それに加えて臨床研究実施拠点病院としての東京大学医学部附属病院の利点を活用し、臨床研究支援センターの見学も実施した。また、実習期間中に 2 回の病院訪問の機会を設け、指導薬剤師、大学教員および実習生が参加する面談・ディスカッションを通じて、実習の進捗状況や達成度の確認と指導を行った。
さらに、病院実習における学習事項をより深く理解することを目的として、 4 月 22 日に、実習
生、大学教員、指導薬剤師が参加する病院実習発表会を実施した。病院実習発表会では、全ての学生が 8 部門（外来調剤室、注射調剤室、製剤室、病棟、薬品情報室、薬物動態解析室、薬品倉庫、
臨床研究支援センター）の中から 1 部門を選択し、当該部門における実習内容や実習中に感じた問題点・疑問点およびそれらに対する考察を口頭発表し、発表内容に関する質疑応答を行った。

３．実務実習薬局実習2016 年は、薬学科 5 年生 5 名、薬学科履修プログラムの大学院生 2 名を対象として、文京区内の 4 薬局において 11 週間（5 月 9 日～7 月 24 日）の薬局実習を実施した。実習期間中、実習施設ごとに 3 回の薬局訪問の機会を設け、指導薬剤師および大学教員、実習生との面談により、実習の進捗や達成度の確認と指導を行った。さらに、薬局実習を通じて実践的な問題発見・解決能力の向上を図ることを目的として、指導薬剤師と大学教員の連携による課題解析実習プログラムを実施した。本プログラムは、学生自らが薬局実習の中から医薬品適正使用上の問題点や疑問点などを収集し、調査・解析を行った結果を、大学教員・指導薬剤師を交えて議論するものである。実務実習終了後の 9 月 2 日に、実習生、薬学科 4 年生～6 年生、大学教員・指導薬剤師、地域薬剤師会会員が一堂に会した課題解析発表会（薬局実習報告会）を開催した。課題解析発表会では、す
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べての学生が、蓄積された課題解析レポートの中から発表課題を選定し、口頭発表ならびに質疑応答を行った。各学生からの発表内容は、さまざまな疾患に対する処方解析、患者の訴えに基づく副作用評価、処方設計支援や患者服薬ケアにつながる情報作りなど多様であった。
４． 実務実習事前学習
病院実習、薬局実習に先立って、大学内で調剤および製剤、服薬指導などの薬剤師職務に必要な基本的知識、技能、態度を修得することを目標として、事前学習（薬学実務実習Ⅱ）を実施した。
2016 年（11 月～）は、薬学科 4 年生 9 名、薬学科履修プログラムの大学院生 4 名、計 13 名を対象とした。事前学習はモデル・コアカリキュラムに記された学習方略に従い、ほぼ全ての研究室が参加して実施した。また、大学独自のプログラムとして、事前学習と病院実習との一貫性を強化することを目標に、病院での典型処方（注射指示箋を含む）について、「処方中の主な医薬品の特徴、
処方意図、留意点、監査、調剤、服薬指導のポイントをまとめて発表する」処方解析演習をはじめ、「フィジカルアセスメント」、「ＢＬＳ講習」、「生命・医療倫理」、「医療コミュニケーション」、「医療の中の漢方薬」、「代表的疾患に対する薬・病態・治療の基礎」、「緩和ケア」などの授業を行った。
なお、一部の講義・演習では、医師、病院薬剤師等、医療現場で最先端の業務に従事している方々
を非常勤講師として招いた。「事前学習のまとめ」では、事前学習の内容を総合的に学習するとともに、知識、技能、態度の修得状況の確認を行った。

自己点検･評価
薬学共用試験 CBT、OSCE は薬学共用試験センターの実施要綱に従って実施した。試験は公正かつ厳格に実施できた。
病院実習では、モデル・コアカリキュラムに準じた実習プログラムに沿った実習が行われる一方で、臨床研究支援センター見学など大学病院の特性を活かした実習も行われ、実習生にとって有意義なものであった。また、病院実習報告会を通して学習内容の定着を図ることができた。
薬局実習では、いずれの薬局においても、モデル・コアカリキュラムに準じた実習プログラムが円滑に実施された。さらに、薬局実習を通じて実践的な問題発見・解決能力の向上を図ることを目的として実施した、大学教員と指導薬剤師との連携による課題解析実習プログラムにより、医療現場における課題解決プロセスを実践的に習得することができた。また、課題解析発表会は学生間での実習成果の共有の場としても大変有意義であった。
事前学習は、薬学部のほぼ全ての研究室の教員が参加して実施した。モデル・コアカリキュラムに記された学習方略に従って適切に実施できた。また、大学独自プログラムの授業、医療現場の最先端で業務に従事する医師・薬剤師の授業は、学生にとって有意義であった。成績は、筆記試験、技能試験、授業態度により適切に評価されていると思われるが、さらに検討する。

－－3－
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◆ ワンストップ創薬共用ファシリティセンター ◆センター長（兼任）・教 授

一條 秀憲（いちじょう・ひでのり）

昭和 60 年東京医科歯科大学歯学部卒、平成 2 年同大大学院歯学研究科博士課程修了
前職：東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科 教授、歯学博士

共用促進リエゾン・特任准教授

東伸昭（ひがし・のぶあき）（～9 月）

昭和 61 年東京大学理学部卒、平成 3 年同大大学院理学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院薬学系研究科准教授、理学博士

共用促進リエゾン・特任准教授

加藤大（かとう・まさる）（10 月～）

平成６年東京大学薬学部卒、平成 11 年同大大学院薬学系研究科博士課程修了
前職：東京大学大学院工学系研究科特任准教授、博士（薬学）組織の概要
当研究科には薬学研究分野における先端的機器が多数配備されている。この機器群の一部を共用機器と定義して集約管理することで、以下のメリットが期待される。(1) 適切な維持・管理・課金体制の整備により、研究科内外の研究者による機器利用の要望を満たす、(2) 研究科内における最先端機器のニーズを定期的に聴取・把握し、研究科共通機器整備を目的とした事業申請の母体となる、(3) 高度な技術を持つ研究者および大学院生を育成し、産業界との連携を深める。
上記のねらいを念頭に、平成 25 年 3 月、堅田前研究科長、現センター長である一條教授を中心に共用可能機器に関するアンケートが実施され、研究科内における機器情報を共有化するとともに、母体となる共用機器群を構成するに至った。研究科内に設置された「共同利用機器運営委
員会」において、この共用機器の運営について議論をすすめ、産業界を含む外部研究者へ共用機
器の利用機会を提案する「最先端創薬基盤のワンストップ共用による産学連携創薬推進事業」を立案し、文部科学省「先端研究基盤共用・プラットフォーム形成事業」に採択された。同年 8 月
30 日よりワンストップ創薬共用ファシリティセンターとして、正式に事業が開始された。
平成 25 年 10 月より共用促進リエゾンとして、東・松沢准教授が正式に本組織に加わった。松沢准教授の転出後、平成 26 年 4 月より藤澤特任助教が着任し、同年 12 月に退職した。平成 28
年は東特任准教授、高木・渡辺特任研究員がセンターの実務を担当した。同年 5 月に、文部科学
省「新たな共用システム導入支援プログラム」に採択され、同年 9 月に東准教授の転出後、10 月より加藤特任准教授が着任した。本事業の運営に係る基本方針を決定・推進する運営委員会はセンター長、各機器の責任を担う教員 6 名、共用促進リエゾン 1 名、事務担当者１名の計 9 名で構成されている。

自己点検･評価
本事業の点検ポイントとして、以下の３点につき述べる。

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－
325 －

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1. 共用施設の基盤整備：
研究科内における共用機器の効率的な運用、新規導入機器の機種選定、保守点検の支援範囲等、共用機器に関する諸問題を検討する上で、実際の共用機器の利用状況（利用時間はどの程度の長さか、複数教室に利用されているか）に関するデータを継続的に取得することが重要と考えられた。この視点に立ち、平成 26 年 4 月より利用状況調査を開始し、平成 28 年も継続した。各共用
機器の利用時間・利用教室数のデータが年単位で蓄積されており、今後の機器の導入・保守点検等の運営に役立てたい。
2. 研究科内部・外部利用者の共用利用の促進：
研究科内利用者に対し普段はなじみのない機器を紹介することにより、共用機器が広く活用されると考えられた。共用機器の特徴と使用法を紹介する技術セミナーを平成 28 年に 1 回開催し、共用機器の実演を行うことにより、様々な教室の研究員が共用機器にふれ、体験できる場を設定することができた。
研究科外利用者向けの課題募集は、産業界・学術界の潜在的要望である問題の即時解決というニーズを踏まえ、随時募集で行った。
研究科外より応募のあった共用利用課題については、運営委員会の下に、センター長、各機器の責任を担う教員 3 名、共用促進リエゾン 1 名を合わせた計 5 名で構成される課題選定委員会を設置し、公平・公正に審査を行った。即時解決のニーズに応じ、メールによる迅速な審議を実施した。課題選定の基準として、①施設共用課題の先端性・発展性・新規性、②研究成果の基礎的研究や技術開発分野への貢献度、③研究成果の産業基盤技術進展に対する重要性・発展性、④研
究課題の社会的意義、及び産業経済、地域経済への貢献度、を設けた。
研究科外の共用利用課題として、平成 28 年は学部外より 38 件（学術界 29 件、産業界 9 件）の実施があり、全部で 13 機種の利用があった。
薬学部事務会計チームの全面的支援を受け、課金制度に必要な請求システムを運用することができた。
3. 広報活動：センターホームページを介して情報提供を頻繁に行った。共用機器利用事業の周知と利用課題の募集を目的に、以下の行事で積極的に広報活動を行った。
・公益財団法人薬学振興会

FDD セミナー（平成 28 年 10 月 21 日、薬学部講堂）

・新アミノ酸分析研究会 第 6 回学術講演会（平成 28 年 11 月 4 日、武田ホール）
また、11 月に昌原大学（韓国）、12 月に École polytechnique fédérale de Lausanne（EPFL、スイス）の共用機器センターを訪問し、運営や組織に関して情報交換を行い、今後の連携について話しあった。
以上のように、基盤整備、共用利用の促進、広報活動の 3 点において、必要な取組みができたと考えている。

－312－
－
326 －

目次へ

Ⅳ．英 文 概 要

目次へAs of April 1, 2016

SCHOOL OF PHARMACEUTICAL SCIENCES
THE UNIVERSITY OF TOKYO
http://www.f.u-tokyo.ac.jp/

目次へContents
Mission Statement ---------------------------------------------------------------------------------------Short History ---------------------------------------------------------------------------------------------Administrative Staffs -------------------------------------------------------------------------------------

328
328
329

DEPARTMENT OF PHARMACEUTICAL SCIENCES -----------------------------------Laboratory of Organic and Medicinal Chemistry ----------------------------------Laboratory of Synthetic Medicinal Chemistry --------------------------------------Laboratory of Synthetic Organic Chemistry ---------------------------------------Laboratory of Natural Product Chemistry - ------------------------------------------Laboratory of Advanced Elements Chemistry --------------------------------------Experimental Station for Medical Plant Studies ------------------------------------------Laboratory of Bio-Analytical Chemistry --------------------------------------------Laboratory of Physical Chemistry ----------------------------------------------------Laboratory of Health Chemistry ------------------------------------------------------Laboratory of Physiological Chemistry ----------------------------------------------Laboratory of Molecular Biology ----------------------------------------------------Laboratory of Genetics ------------------------------------------------------------------Laboratory of Cell Signaling -----------------------------------------------------------Laboratory of Protein Metabolism -----------------------------------------------------

330
330
333
336
344
349
353
355
357
360
362
365
369
372
374

DEPARTMENT OF PHARMACY ----------------------------------------------------------------Laboratory of Chemistry and Biology -----------------------------------------------Laboratory of Protein Structural Biology --------------------------------------------Laboratory of Microbiology -----------------------------------------------------------Laboratory of Bioorganic Chemistry ------------------------------------------------Laboratory of Molecular Pharmacokinetics -----------------------------------------Laboratory of Chemical Pharmacology ----------------------------------------------Laboratory of Clinical Pharmacokinetics --------------------------------------------Laboratory of Pharmaceutical Regulatory Science --------------------------------

378
378
382
387
389
391
394
397
399

Graduate Program for Leaders in Life Innovation (GPLLI) Laboratory --------Education Center for Medical Pharmaceutics ----------------------------------------------

400
400

－ 327 －

目次へ

Mission Statement
Pharmaceutical Sciences by definition is an academic field that covers development ofpharmaceuticals and their applications. The field encompasses fundamental, life-related
substances and their interactions with life.
The mission of the School of Pharmaceutical Sciences at the University of Tokyo is toachieve the highest standard in academic research as well as in training and educating thefuture leaders of pharmaceutical sciences through the world-class research activities atboth undergraduate and graduate levels. With this mission, our undergraduate and graduate
schools aim not only to promote development of basic life sciences, but also to contributeto the development of new drugs in the pharmaceutical industries. And furthermore, we
pursue development of clinical studies at medical institutions, contribution to governmental
policies on medical and pharmaceutical affairs, and contribution to our society by supporting
extensively the pharmaceutical specialists and pharmacists.
Short History
The organization of pharmaceutical education in Japan began in 1877 with the establishmentof a Pharmaceutical Institute (later Division of Pharmacy) in the Medical Faculty of this
University. For the first 10 years, instruction was given by foreigners, and in particular a Dutchchemist Dr. J. E. Eijkman. He left a large amount of fine work in the study of components ofvarious domestic medicinal plants.
For the next 25 years, from 1887 to 1912, Japanese who had returned from studies inGermany took over the education of students, carried out valuable investigations of their own,
and also established the ground for pharmaceutical organic chemistry in Japan. Three chairs
were provided: for Organic and Medicinal Chemistry, Pharmacognosy, and Health Chemistry.
During the next 25years, from 1913 to 1938, the chairs of Pharmaceutical Technology,
and of Chemistry of Organotherapeutic Medicine (Present Physiological Chemistry) were
established, and in 1939 the chair of Analytical Chemistry was founded.
After World War II, the chairs of Pharmaceutics and of Chemical Pharmacology wereadded, making eight laboratories in all. In 1958, the Division of Pharmacy separated fromthe Faculty of Medicine and became an independent School of Pharmaceutical Sciences,including Graduate School of Pharmaceutical Sciences and Faculty of Pharmaceutical
Sciences for Undergraduate Course. In 1959, the School gained more laboratories to makethem 13 altogether: Organic and Medicinal Chemistry, Pharmacognosy and Phytochemistry,
Health Chemistry, Physiological Chemistry, Analytical Chemistry, Pharmaceutics, Chemical
Pharmacology, Synthetic Medicinal Chemistry, Biophysics, Physical Chemistry, Microbial
Chemistry, Pharmaceutical Synthetic Chemistry, and Physiochemical Analysis.
In 1966 the Research Institute for Chemical Hazards, and in 1973 the Experimental Station
for Medicinal Plant Studies were founded. In 1976, the Research Institute for Chemical
Hazards was abolished, and instead three Laboratories were established: Laboratory of－ 328 －

目次へ

Toxicology and Pharmacology, Laboratory of Cancer Biology and Molecular Immunology,
and Laboratory of Bio-Organic Chemistry and Medicinal Chemistry. In 1996, the newest
Laboratory of Neuropathology and Neuroscience was founded.
In recent years, significance of the research and graduate education at the School of
Pharmaceutical Sciences became profound. To meet such demands, the School was
reorganized in 1997 along with the new system, so called “Graduate School Priority System”,
and the Graduate School of Pharmaceutical Sciences were reformed into three Divisions, that
is, Pharmaceutical Chemistry, Pharmaceutical Biology, and Pharmaceutical Technology.
In 2008, Division of Integrated Pharmaceutical Sciences was newly established.
The School not only continues to advance fundamental research in the pharmaceutical sciences, butalso responds to the increasing demands of society for the appropriate application ofpharmaceuticals with a new 6-year undergraduate pharmacy program started in 2006.
Highly-skilled pharmacist training is required for recent advancements in treatment and theseparation of medical practice and drug dispensing. Our school has now both 4-year and 6-year
courses in undergraduate education. Along with this restructuring, the School established apharmaceutical sciences master's course (first two years of the doctoral course) that the 4-year
undergraduate students can advance to in April 2010, a 3-year pharmaceutical sciences doctoral
course, and a 4-year pharmacy doctoral course that undergraduate students in the 6-year course canadvance to in 2012. The Graduate School of Pharmaceutical Sciences has created a new frameworkfor graduate education in which two doctoral specialties are managed flexibly.

ADMINISTRATIVE STAFFS
Dean: ARAI, Hiroyuki. Professor
University Senators: ARAI, Hiroyuki. Professor
ICHIJO, Hidenori. Professor
Head of Administration Office: KAGEYAMA, Tatsuya－ 329 －目次へ

DIVISION OF PHARMACEUTICAL CHEMISTRY
Department of Medicinal Chemistry
Laboratory of Organic and Medicinal Chemistry
OHWADA, Tomohiko. Professor, Ph. D., Organic and Medicinal Chemistry
OTANI, Yuko, Lecturer, Ph. D., Molecular Architectures and Computations
Research Topics:
1. New Approach to Functionalizing Aromatic Compounds Based on Designed
Superelectrophiles: Aromatic structures provide basic architecture for developing
functionalized materials such as Active Pharmaceutical Ingradient (API). However,methods for chemoselective, regioselective and stereoselective introduction of various
functional groups onto aromatic rings are still limited in terms of their applicability. This
project aims to provide a novel approach to functionalizing aromatic compounds by meansof development of the chemistry of newly designed superelectrophiles, i.e., highly
electrophilic organic species. The direct amidation of aromatic compounds is one of therecent finding (shown below).

2. Synthesis of New Compounds Exhibiting Characteristic Structural Features andProperties: We revealed and utilize the structural features of a bicyclic amine,
7-azabicyclo[2.2.1]heptane derivatives, which induce non-planarization of amide
functionalities upon N-amide bond formation. This feature can be also applicable torelated π-functionalities. For example, N-nitrosamines of the relevant bicyclic amine+

take non-planar structures, which lead to potential NO/NO donors. Aliphatic
N-nitrosoamines of 7-azabicyclo[2.2.1]heptanes could undergo heterolytic N-NO bondcleavage. Based on the observation of reduced rotational barriers of the N-NO bonds insolution and nitrogen-pyramidal structures of the N-nitroso group in the solid state, we
postulate that N-NO bond cleavage of N-nitrosamines is enhanced by a reduction of the
double bond character of the N-NO bond. These bonding features facilitatetransnitrosation reactivities as show below. We applied this chemistry to inhibit
internarization of β2-adrenergic receptor upon activation of agonist through S-nitrosationof Cys residues of G-protein receptor kinese 2 (GRK2).
－316－
－
330 －

目次へ

Nitrogen pyramidalization is also found in the N-amide derivatives of
7-azabicyclo[2.2.1]heptanes. Oligomers based on N-pyramidalized amide linkage ofbicyclic β-amino acid derivatives are also studied. Helical structures are generated asshown below.

3. Design and synthesis of intelligent molecules: We have a great interest in synthesis ofchemical modulators which control biological phenomena through interactions withmembrane proteins, that is (1) phospholipid-like modulators which is relevant to newmembrane receptors and (2) design and synthesis of ion channel or transporter
modulators.
(1) Lysophosphatidylserine (lysoPS) has been known as an exogenous inducer to potentiate
histamine release from mast cells (MCs), though even at submicromolar concentrations.
In this study, through our SAR studies on lysoPS derivatives against MC degranulation,
we identified lysoPT, a threonine-containing lysophospholipid and its 2-deoxy
derivative as novel strong agonists. LysoPT and its 2-deoxy derivative induced
histamine release from MCs both in vitro and in vivo at a concentration less than
one-tenth that of lysoPS. Notably, lysoPT did not activate a recently proposed lysoPS
receptor on MCs, GPR34, demonstrating the presence of another undefined receptor
reactive to both lysoPS and lysoPT that is involved in MC degranulation. Thus, the
－317－
－
331 －

目次へ

present strong agonists, lysoPT and its 2-deoxy derivative, will be useful tools tounderstand the mechanisms of lysoPS-induced activation of degranulation of MCs.

(2) New BK channel openers were synthesized on the basis of the pimarane and abietane
structures (see below). We identified CYM04 as a potent BK channel openers.

Our 1st Generation BK channel openers
4. Computational Studies of Organic Reactions, Structural Basis and Drug Design.
Application of ab initio molecular orbital/DFT calculations are carried out as a part ofefforts to understand the structural features, selectivities, and reaction mechanisms.
Computer-assisted design of the molecules are also important. Combination ofcomputational works with experimental observations is highly encouraged.
Summary of Research Presentations in 2016
(1) Publications: 6 papers.
(2) Presentations in symposiums: 21 papers.
(3) Student Awards: 0 papers (in symposiums).
Summary of Social Activities in 2016
(1) Acceptance of summer internships (abroad): 3 persons (2 USA and 1
Singapore).

－318－
－
332 －

目次へ

Laboratory of Synthetic Medicinal Chemistry
INOUE, Masayuki. Professor, Organic Chemistry, Natural Product Synthesis
URABE, Daisuke. Lecturer, Natural Product Synthesis
NAGATOMO, Masanori. Assistant Professor, Natural Product Synthesis
ITOH, Hiroaki. Assistant Professor, Bioorganic Chemistry
Research Topics:
The goal of our research program is efficient, practical and flexible syntheses of
biologically important natural molecules. At the core of this research program is thedevelopment of new strategies for assembling architecturally complex natural products in a
concise fashion. These synthetic developments would enable unified synthesis of new
artificial analogs by modification of natural products templates. The new synthetic
methods for the natural products and the synthetic analogs will allow us to tailor andenhance their drug-like properties, to gain control over diverse signal transductions thereby
offering new research methods for the study of life science.
1. Development of new synthetic strategies and methodologies
R1

OR3
O

R 2O

TePh

OR3

Et3B, O2

R1

Et

R 2O

EtTePh

O

MeO

O

O

O

O

BzO

O

OBz
O

O

OBz

O
O

10

9

7

8

6

( )9

BzO

OBz

O

5

OAc OAc OAc
HO
O

OBz

MeO

OAc OAc OAc

( )2

N
H

O

NH2
N
H sagittamide D

O

HO

OH
48

O

O

BzO

BzO

BzO

O
OBz O

O

OR3

radical-radical
coupling
R1

R 2O

CO

BzO
O

R1

R 2O

OBz

O

OMe

52

OH

OBz

OBz

55

50 51
49

O

60

56

HO

57

59
58

O

OH

OH
maitotoxin C48-63

O

O
NPhth

O

O

OH OH
H 2N

OH H N
2
61 62

O

O

O

BzO

OMe

O

O

MeO

BzO
OBz
enantiomer
54

R1

OR3

OBz

O

53

OR3 OR2

63

O

HO
O

N
N

1

HO 2

O
3

O
6
5
4

OH

OH OH
7

8

9

10

11

OH OH OHNH2

hikizimycin

We devised new radical–radical homocoupling reactions of the sugar-derived α-alkoxyacyl
tellurides, and realized a one-step construction of the polyol structures with the 6–10
secondary hydroxy groups under simple and mild conditions. The radical exchange
procedure using Et3B/O2 at room temperature converted α-alkoxyacyl tellurides into thecorresponding α-alkoxy radicals through the expulsion of CO, and readily dimerized
α-alkoxy radicals into dimers. Upon the C(sp3)–C(sp3) bond formation, combination of
－－X－
333 －

目次へ

stereo- and stereoelectronic factors of α-alkoxy radicals controlled the generation of two
new stereocenters of the diverse polyhydroxylated carbon chains of dimers. The large
substructures of sagittamide D and enantiomeric maitotoxin were prepared from simple
components, which exemplifies the remarkable utility of the present dimerization. The
homocoupling methodology was then successfully extended to an optimally convergent
radical-radical cross-coupling reaction. Among the possible six homo- and four
hetero-coupling adducts, the hikizimycin structure with nine correct contiguous
stereocenters was selectively built from the corresponding monomers. These homo- andcross-coupling reactions enabled the one-step construction of contiguously substituted
polyol structures, which were prepared by multiple carbon extension and functional-grouptransformations. As a result of the excellent efficiency together with the high availabilityof the natural and artificial monosaccharide derivatives, this unique and powerful radical
coupling method can serve as a novel strategy for streamlining the synthesis of diverse
polyoxygenated carbon chains that are frequently found in complex bioactive natural
products.
2. Total synthesis of highly oxygenated polycyclic natural products
Efficient assembly of densely oxygenated and highly fused natural products remains to be
one of the most challenging tasks in organic synthesis. Our current program is focused on
establishment of synthetic routes to complex polycyclic natural products. In 2016, thetotal syntheses of ryanodine and the related congeners were achieved by using the radical
mediated C–C bond formation as the key transformations. In addition, assembly of the
intricately fused structures of C19-diterpene alkaloids, puberuline C and talatisamine, wasachieved based on the bridgehead radical-mediated C–C bond formations. Importantly, thetandem cyclization from the bridgehead radical enabled the expeditious approach to thehexacyclic ABCDEF-ring system of puberuline C.
MeOHO HHO HO O 10 OH
13

H
Z

11

X

18

B

A
3

E

Y
HO

O

6

C

D

Pyr

=

O

H
N

H

ryanodine : X = H, Y = OPyr, Z = H
ryanodol : X = H, Y = OH, Z = H
3-epi-ryanodol : X = OH, Y = H, Z = H
cinnzeylanol : X = H, Y = H, Z = H
cinncassiol B : X = H, Y = H, Z = OH

18

13

2

HO H
HO O11 10 OHMeO
H H OMe

MeO

1

N

H
O
OH H 15OHO

cinncassiol A

puberuline C

O

Et

H
OMe

H H OMe

HO
HO

N

Et

H

talatisamine

OMe

3. Comprehensive total synthesis and functional analysis of natural products
Chemical synthesis of biologically active natural products and their functional analysis arehighly important to develop more useful seeds for drug discovery. In 2016, we conductedstructure-activity relationship (SAR) studies on three biologically active natural peptides,
－－X－
334 －

目次へ

yaku’amide B (anticancer activity), lysocin E (antimicrobial activity), and polytheonamide
B (ion-channel formation and cytotoxicity). Development of highly efficient syntheticroutes and detailed SAR studies provided us with valuable information for understanding
the mechanisms of actions of these compounds.
OH
O

H
N
O

N
H

O

O

H
N

N
H

O

O

H
N

N
H

O

OH

H 2N

H
N

O

O

N

N
H

O

O

H
N

O

H
N

N
H

N
H

O

OH

O

H
N

N
H

O

O

H
N

N
H

O

O

H
N

N
H

O

O

H
N

O

H
N

N
H

O

O

O
HN

NH

NH

O

O

H
N

N
H

N
H

O

O O

H 2N

NH HN
HN

O

N

HO

O

HN

O
HN

O
NH
O

HN
H 2N

lysocin E

NH
O O

NH

HO

O

H
N

MeHN

OH

O

O

NH

O

O

O
NH

O
OH

O

O

H
N

N
H

O

O

NHMe

O

H
N

N
H

O
OH

O

NHMe

HN
O

O

H
N

N
H

O

H
N

N
H

O

S

O
NH
O
O

H
N

O
N
H
OH
NHMe

O

H
N
O
O

N
H
NHMe

－－X－
335 －

H
N
O

O
N
H
OH

O
O

H
N
O
O

+

O

O

-

O
N
H
NH2

polytheonamide B

O
H
N

O
O

O
N
H

HN

O
NH
O

O
NH

H
N

N
H

OH

NHMe

N
H

O
O
MeHN

O

H
N

N
H

O

H
N

NH

H 2N

NH

O

O

H
N

N
H

OH

O
O

O

O

H
N

N
H

yaku'amide B
O

HO

O

H
N

N
H

O

O

NHMe
NH2
H
N
O
HO

OH

O
N
H

OH
O

NH2

目次へ

Laboratory of Synthetic Organic Chemsitry
KANAI, Motomu. Professor
OISAKI, Kounosuke. Lecturer
KAWASHIMA, Shigehiro, Lecturer
SHIMIZU, Youhei. Assistant Professor
YAMATSUGU, Kenzo, Assistant Professor
Research Topics:(1) Development of new catalytic reactions, (2) robust, short, and concise synthesis of
biologically significant molecules, (3) design and synthesis of chemical biological tools, (4)development of catalysis medicine.
1．Site- and oxidation-state-selective C (sp3) -H oxygenation of aliphatic alcohols using
directing activator
If the C (sp3)-H bond located near the hydroxy group can be regioselectively oxygenated,
it becomes an innovative synthetic strategy of polyols, which is attractive as a drugcandidate. To regioselectively oxidize C (sp3)-H bonds under mild conditions, anelectron-deficient N-oxyl radical directing activator (chemically reactive directing group) isbound to aliphatic alcohol.
As a result, we found that CF3-substituted N-hydroxyisoindolinone structure is excellent
in stability, and γ-selective C-H oxygenation proceeded in good yield. This system can beapplied to oxygenation reactions of inert secondary and tertiary C-H bonds. Furthermore,even if a substrate has a functional group intolerant to conventional C-H oxidation,
γ-selective C-H oxidation proceeded. By modification of structure of the directing activator,
ultra-remote-selective aerobic C(sp3)-H oxidation was also achieved. Furthermore, bychanging the reaction conditions from the metal catalyst to the NOx system, nitroxy group
introduction proceeded γ-selectively, although there is a room for improvement in generality
and oxidation-state selectivity.

－321－－ 336 －

目次へ

2. Benzylic C(sp3)-H oxygenation reaction using nonplanar N-oxyl radical catalyst
N-hydroxyphthalimide (NHPI) catalyst have been used for C(sp3)-H bond activation. However,examples in which catalytic activity and solubility are improved by structural modification, arelimited. On the other hand, based on the idea of the catalytic use of the CF3-substituted directing
activator as described above, it can be utilized as a nonplanar N-hydroxyl catalyst. Since the CF3group is also highly lipophilic, improvement in solubility in organic solvents, which is one
concern of NHPI, was also expected. At the same time, the bond dissociation energy of the
NO-H can be controlled by changing substituent of the carbon adjacent to the NO-H.
Comparison using various synthesized catalysts for benzylic oxidation reaction revealed that
15 with introduction of perfluoroaromatic ring and trifluoroethanol substitution showed the best
activity. Benzylic C(sp3)-H bonds were selectively oxidized even on substrates with various
functional groups on the aromatic ring, demonstrating high functional group tolerance. By using
N-bromosuccinimide as an oxidizing agent, we also succeeded in developing direct
etherification and Ritter type reaction targeting benzylic C-H bonds with few reports.

－322－－ 337 －

目次へ

3. Metal-free tryptophan-selective bioconjugation of proteins
Tryptophan is included in primary sequences of most proteins, while it is a hydrophobic
amino acid with a low number of surface exposures. Therefore, the tryptophan-selective
modification has advantages, such as control of the number of modifications and easy
prediction of the modification site, producing high homogeneity while maintaining thetertiary structure.
We found that the addition of keto-ABNO proceeded to the 3-position of indole under NOx
activation conditions, leading to metal-free tryptophan-selective protein modification. In
fact, this system could also be applied to the crystal structure analysis of proteins requiring
highly homogeneous samples. Various functional molecules (fluorescent molecule, biotin,
anticancer agent etc.) could also be covalently bound to proteins via the carbonyl group of
keto-ABNO. Antibody molecule can be modified without impairing the antigen binding
ability using this system.
Trp
H
N
O

N
H

NOx
O N

H
N

ON

HO
O

N
H

room temp.
near neutral pH
metal-freeeasy operation

4. Development of boron-mediated, carboxylic acid-selective aldol reaction
The carboxy group is an omnipresent functional group in organic molecules, and its direct－323－－ 338 －

目次へ

activation represents an attractive synthetic method. We developed the first carboxylic acidselective aldol reaction mediated by boron compounds and a mild organic base (DBU).
Inclusion of electron-withdrawing groups in the amino acid derivative ligands reacted with
BH3·SMe2 forms a boron promoter with increased Lewis acidity at the boron atom andfacilitated the carboxylic acid selective enolate formation, even in the presence of othercarbonyl groups such as amides, esters, ketones, or aliphatic aldehydes. The remarkable
ligand effect led to the broad substrate scope including biologically relevant compounds.

5．Copper (I)-catalyzed borylalkylation of unactivated alkynes
We developed the first copper-catalyzed regio and stereoselective borylalkylation of
dialkylsubstituted internal alkynes with bis(pinacolato)diboron and alkyl halides. A catalyticallygenerated borylcopper species containing a novel π-accepting N-heterocyclic carbine ligand
chemoselectively reacted with unactivated internal alkynes over alkyl halides. The intermediate
alkenylcopper species subsequently reacted with alkyl halides, affording the desired products.
The copper catalyst differentiated steric demands between the two aliphatic substituents on the
C-C triple bond of the alkyne substrates to exhibit high regioselectivity from a wide range ofalkyne/alkyl halide combinations. This method is useful for the straightforward synthesis oftrialkylsubstituted alkenylboronates, i.e., versatile precursors for tetrasubstituted alkenes
containing three or four different alkylsubstituents, which are difficult to synthesize by othermethods.

NQIMesCuCl

R2
R1

+

(Bpin)2+ Y R3(10 mol%)
KOtBu
DMF

Bpin

R3
R1

R2

HIgh stereoselectivity
High regioselectivity－324－－ 339 －

O

O
N

N
Cu
Cl

NQIMesCuCl

目次へ6. Copper (I)-catalyzed stereodivergent propargylation of unprotected aldoses towardsialic acid synthesis
We developed a copper(I)-catalyzed stereodivergent anomeric propargylation of unprotected
aldoses as a facile synthetic pathway to a broad variety of sialic acid derivatives. The softallenylcopper(I) species, catalytically generated from stable allenylboronic acid pinacolate, isunusually inert to protonolysis by the multiple hydroxy groups of the substrates and thereby
functions as a carbon nucleophile. The chirality of the catalyst, and not the internal stereogenic
centers of substrates, predominantly controlled the stereochemistry of the propargylation step;i.e., the diastereoselectivity was switched simply by changing the catalyst chirality. The
propargylation products can be expeditiously transformed into naturally occurring and synthetic
sialic acid derivatives in a simple three-step sequence. This synthetic method, which requires noprotecting groups, can be performed on a gram-scale and thus offers general and practical accessto various sialic acid derivatives from unprotected aldoses.

7. Development of C-H transformation
The rhenium-catalyzed synthesis of 1,3-diiminoisoindolines and their related compounds
from aromatic or heteroaromatic imidates and carbodiimides are reported via C-H bondactivation. This reaction is the first example of a transition metal-catalyzed insertion ofcarbodiimides into an aromatic or heteroaromatic C-H bond, and a novel method forsynthesizing 1,3-diiminoisoindolines and their related compounds. Unsymmetrical
1,3-diiminoisoindolines were easily obtained using this method. The reaction proceeded ingood to excellent yield using a variety of substrates.
n

N

n

C8H17

OMe

+ iPr N C N iPr(1.0 equiv)

C8H17

Re2(CO)10 (2.5 mol %)chlorobenzene
170 °C, 24 h

N
N iPr

iPr

N

99%

－325－
－ 340 －

目次へ

8. Development of introduction reactions of fluorinated functional group
The first 4-position-selective C-H perfluoro-alkylation and perfluoroarylation of
6-membered heteroaromatic compounds were achieved using nucleophilic
perfluoroalkylation and perfluoroarylation reagents. The regio-selectivity was controlled byelectrophilically activating the heteroaromatic rings, while sterically hindering the
2-position, with a sterically bulky borane Lewis acid. The reaction proceeded in good yield,
even in gram scale, and by a sequential reaction without isolating the intermediates. This
reaction could be applied to late-stage trifluoromethylation of a bioactive compound.
TBAT (2.0 equiv)
MS4A

N
B(C6F4-4-CF3)3+
Me3SiCF3(2.0 equiv)

ethyl acetate-40 °C, 10 h

CF3

NBu4

N
B(C6F4-4-CF3)3
CF31) PhI(O2CCF3)2 (2.0 equiv)
25 °C, 12 h2) MeOH
65 °C, 2 hN82%

We developed a copper-catalyzed 5-position-selective C-H trifluoromethylation of
8-aminoquinoline derivatives. The reaction proceeded with high functional group tolerance
under mild conditions. In the case of quinolines with an amide, carbamate, urea, or
sulfonamide group at the 8-position of quinoline moieties, a radical scavenger experimentindicated that the reaction proceeded via a radical pathway. The protecting group of an
8-amidoquinoline derivative could be removed by hydrolysis. On the other hand, thetrifluoromethylation of 8-aminoquinolines was also promoted by other Lewis acids as wellas the copper catalyst, and proceeded even in the presence of the radical scavenger. These
results indicated that the trifluoromethylation of 8-aminoquinolines proceeded via aFriedel-Crafts-type reaction. Interestingly, the copper salt works as either a catalyst for theformation of a CF3 radical or as a Lewis acid to promote a Friedel-Crafts-type reaction,
depending on the substrate.
CF3

I

O

+

N

O

tBu

HN
O

CF3

(1.0 equiv)

CuCl (5.0 mol%)
1,2-dichloroethane
25 °C, 18 h

N
HN

tBu

41% O

9. Switchable photooxygenation catalysts that sense higher-order amyloid structures
Aggregation of peptide/protein is intimately related to a number of human diseases. More－326－
－ 341 －

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than twenty have been identified to aggregate into fibrils containing extensive β-sheet
structures, and species generated in the aggregation processes (i.e., oligomers, protofibrils,
and fibrils) contribute to disease development. Amyloid-β peptide (designated Aβ), related
to Alzheimer disease (AD), is the representative example. Artificial chemical transformationof toxic, aberrant Aβ to less toxic forms at the disease site might be a new candidate for AD
treatment. Thus, covalent installation of hydrophilic oxygen atoms to Aβ using aerobic
oxygen and visible light as oxygen atom- and energy sources, respectively, in the presenceof a catalyst (i.e., catalytic photooxygenation) was used. We designed photooxygenation
catalysts that can be turned on only when binding with the higher-order structures ofamyloid aggregates. This on/off switchable activity of the catalyst that senses amyloid
structure enabled highly Aβ-selective oxygenation in the presence of other bioactive
peptides and living cells.

10. Tris(pentafluorophenyl)borane-catalyzed acceptorless dehydrogenation of
N-heterocycles
Nitrogen containing heteroaromatics are ubiquitous in pharmaceuticals, natural products,
or synthetic materials. One desirable method for their synthesis is dehydrogenation ofcorresponding saturated N-heteorycles. Among all, catalytic acceptorless dehydrogenation isdesirable in terms of atom economy. However, the method was not widely appreciated insynthetic manipulations due to high cost, toxicity, and limited substrate generality of theconventional Ir-based catalyst. As a candidate for a more synthetically benign catalyst, we
focused on organoboron compounds. After several investigations, we identified
tris(pentafluorophenyl)borane as the first organocatalyst for acceptorless dehydrogenation ofvarious N-heterocycles. The boron catalyst showed high tolerance to sulfur functionalities,
and the dehydrogenation protocol was successfully applied to transition-metal-free synthesisof a heterobiaryl. Mechanistic studies by NMR suggest that dehydrogenation proceeds via
hydride abstraction from sp3 C-H bonds of amines.

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目次へLaboratory of Natural Products Chemistry
ABE, Ikuro. Professor, Natural Products Chemistry
OKADA, Masahiro. Associate Professor, Natural Products Chemistry
AWAKAWA, Takayoshi. Assistant Professor, Biosynthesis of Natural Products
MORI, Takahiro. Assistant Professor, Biosynthesis of Natural Products
Research topics:
1. The biosynthesis of natural products (genome mining, engineered biosynthesis)
2. The enzyme biocatalysts (structure-based engineering, mechanistic studies)3. The search for bioactive substances (isolation, structure elucidation, synthesis)
The main focus of our research has been to understand the mechanism of formation of a wide
variety of naturally occurring substances. A multidisciplinary approach involving synthesis,
enzymology, molecular biology, and structural biology is employed to address fundamental
problems at the interface of chemistry and biology.
In our laboratory, we study the process of biosynthesis of natural organic compounds
produced by plants and microorganisms, using not only the foundation discipline of organic
chemistry, but also incorporating the methods of biochemistry and molecular biology in aneffort to understand the enzymes that catalyze each biosynthesis reaction and the functions
and control mechanisms of the genes that govern their expression at the molecular level. In
addition, we are expanding our research into "engineered biosynthesis", by which rational
systems for the biological production of new and useful substances can be designed andconstructed, based on the mechanisms of biosynthesis that have been brought to light. Further,manipulation of the enzymes responsible for generating the core skeletons ofpharmaceutically important secondary metabolites lead to production of biologically active"supra-natural" products with remarkable structural diversity. We are also carrying out
research on the mechanisms by which the bioactivity of natural products is expressed, whileat the same time searching for natural products that work in intracellular signaling.
Developing effective strategies to discover and exploit new small molecules is integral to thesuccess of future drug discovery efforts.

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Current topics include,
1. Investigation of the diversity of fungal meroterpenoid biosynthesis
Fungal natural products, represented by penicillin, lovastatin, and cyclosporin, have been arich source of biologically active substances, and are still promising leads for future drug
discovery and development. Fungal metabolites classified as “meroterpenoids” exhibit a wide
range of biological activities. Besides their biological activities, diverse chemical structures
are also important characteristics of fungal meroterpenoids, and those derived from
3,5-dimethylorsellinic acid (DMOA) include an especially large variety of molecules oftenwith complex carbon skeletons. Understanding the molecular basis for their biosynthetic
systems would not only facilitate the discovery of enzymes catalyzing an intriguing reaction
but also provide genetic building blocks that can be used to obtain novel attractive compounds
by metabolic engineering or synthetic biology. To elucidate the biosynthetic pathway of
DMOA-derived meroterpenoids and to identify enzymes with an interesting activity, we havedeveloped the heterologous fungal expression system in Aspergillus oryzae, where multiple(>10) genes can be readily introduced, and resulting metabolites are usually obtainable inhigh yield. By using this system as well as purified enzymes, we have recently determined thecomplete biosynthetic pathways of fungal meroterpenoids including terretonin, anditomin,
austinol, and andrastin A.
This year, we elucidated the complete biosynthetic pathway of paraherquonin, which has acomplex and highly oxygenated chemical structure. Paraherquonin is a meroterpenoid
isolated from Penicillium brasilianum and this molecule was predicted to be biosynthesizedfrom DMOA through similar pathway as other fungal meroterpenoids. To determine thefunctions of the enzymes involved in paraherquonin biosynthesis, genes in this cluster was
hereologously expressed in Aspergillus oryzae and the resulting metabolites were purified forstructural elucidation. This study revealed that an oxidative enzyme PrhA in this pathway uses
the same substrate as the enzyme in the austinol biosynthesis to catalyze the formation of
berkeleydione through two-step oxidation reaction. Interestingly, the PrhA and AusE sharehigh sequence homology on amino acid level (78% identity). Comparative study of these two
enzymes showed that AusE-catalyzed oxidation initiates with hydrogen abstraction at C1
followed by another hydrogen abstraction at C5, which leads to the formation of the
spirocyclic product. On the other hand, PrhA-catalyzed oxidation initiates with hydrogen
abstraction at C5 followed by hydrogen abstraction at C1, which leads to radical
rearrangement to construct the fused 6-7 membered ring in berkeleydione (Figure 1).
Discovery of the homologous enzymes that catalyze the key oxidation reactions to diversify
the meroterpenoid skeleton using a common precursor is chemically intriguing andnoteworthy. Detailed structural study of these two enzymes is currently ongoing in ourlaboratory.

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Figure 1. Oxidative rearrangement reactions catalyzed by AusE and PrhA.
2. Structural and mechanistic investigation of the isomerases involved in fungal
meroterpenoid biosynthesis
Trt14 is a small 16kDa enzyme that catalyzes D-ring rearrangement in the biosynthesis of thefungal meroterpenoid terretonin. This enzyme is a multifunctional enzyme that catalyzes ester
bond cleavage as well as methoxy group transfer to reconstruct the complex meroterpenoid
skeleton. Trt14 homologues are widely distributed among fungal meroterpenoid biosynthetic
gene clusters, but the structures of these enzymes remained unknown. This year, the X-ray
crystal structures of Trt14 and its homologs AusH and PrhC from austinol and paraherquoninbiosynthetic pathways, respectively, were determined.
The apo structure of Trt14 showed that this enzyme consists of five α-helix and six β-sheetsthat takes a α+β barrel-fold characteristic of the nuclear transport factor 2 (NTF-2) enzyme
superfamily. Next, we tested soaking of the substrate to the enzyme crystal to obtain theco-crystal structure. Surprisingly, addition of the substrate resulted in in crystal
transformation of the substrate to the reaction intermediates. Comparison of the structures ofthe enzyme in complex with substrate and each reaction intermediate allowed us to identify
the key catalytic and substrate binding residues in Trt14. Site-directed mutagenesis studies of
the key active site residues (Tyr19, Arg39 and Arg48) confirmed their roles in catalysis.
Based on the results obtained in this study, the mechanism of the Trt14-catalyzed reaction
was proposed (Figure 2). First, Arg39 acts as a base to deprotonate the alcohol at C7, and theresulting alkoxide attacks the C25 methyl ester to construct a new lactone ring. The carbonyl
at C15 of the resulting intermediate and Tyr19 interacts through hydrogen bond, which brings
the methoxy group in close proximity to C15 for the transfer to take place. Subsequent
C14-C15 cleavage, protonation of the C16 hydroxyl group and lactonization results in theconstruction of the carbon skeleton in terretonin. These three catalytic residues are conservedin AusH and PrhC, and these enzymes are thought to catalyze similar rearrangement reactionsin their biosynthetic pathways. Mechanistic elucidation of Trt14-catalyzed isomerization
reaction and discovery of homologous enzymes in other fungal meroterpenoid biosynthetic
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pathways are beneficial for future engineering efforts to generate library of diverse bioactive
molecules.

Figure 2. The enzyme reaction catalyzed by Trt14.
3. Genetic study and engineering of the aminopolyol biosynthetic enzymes in
Streptomyces.
Modular polyketide synthases (PKS) are large polypeptides consisting of multiple domains
with distinct function that are organized into modules. In non-iterative modular type I PKS
systems, each domain is used once to elongate the polyketide chain, and this modularity
provides a link between genotype and chemotype of the product molecule. Based on thisproperty, there has been a tremendous effort in engineering these enzymes through domain
swapping to generate polyketides with desired structures. Nevertheless, rational
reprogramming of the biosynthetic machineries remains a challenge. Development of new
methods that enables installation of desired changes to the extension cycles of polyketides
will be crucial for the engineering of polyketide megasynthases. This year, we studied thebiosynthesis of aminopolyols in Streptomyces in an effort to gain theoretical understanding of
the genetic mechanism that leads to structural diversification of these molecules.
First, the genome of the Streptomyces producer of tetrafibricin and neotetrafibricin was
sequenced using next-generation DNA sequencing to identify the genes encoding theaminopolyol-producing PKS enzymes. Phylogenetic analysis of the identified PKS genes
together with the previously reported PKS genes in ECO-02301 and mediomycin biosynthetic
gene clusters revealed that the structural diversification of these molecules result from gene
duplication, deletion and recombination events. Detailed analysis showed that therecombination events occur after the acyltransferase domain, and the ketosynthase domains are
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transferred as a set with the upstream tailoring domains. This result revealed the mechanistic
details of genetic modifications that occur naturally in the evolution of polyketide
megasynthases. We envision applying these “evolutionary rules” to reprogram the polyketide
synthases in future studies. In addition, we succeeded in the heterologous expression of thelarge 150 kb clethramycin PKS gene cluster, which can be served as a useful platform for the
production of novel polyketides through combinatorial biosynthesis.

Figure 3. Structures of the aminopolyls

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Department of Pharmaceutical Sciences
Laboratory of Advanced Elements Chemistry
UCHIYAMA, Masanobu. Professor, Elements Chemistry and Theoretical Chemistry
MIYAMOTO, Kazunori. Lecturer, Synthetic and Physical Organic Chemistry
HIRANO, Keiichi. Assistant Professor, Synthetic Organic Chemistry
SAITO, Tatsuo. Assistant Professor, Synthetic Organic Chemistry
WANG, Chao. Assistant Professor, Organic and Organometallic Chemistry
Our laboratory focuses particularly on the development of breakthrough synthetic
processes and on the creation of new materials utilizing combined synthetic organic
chemistry, physical chemistry, and computational chemistry perspectives. Tools forchemo-, regio- and stereo-selective introduction of various functional groups into
organic molecules are still quite limited in their applicability. Therefore, one of ouraims is to provide novel approaches to functionalize organic compounds, especiallyby means of newly designed ate complexes. Success here will provide powerful tools
for designing and creating new functional molecules. We also pursue research in awide range of chemistry-related topics, including organometallic chemistry, organic
chemistry, medicinal chemistry, macromolecular chemistry, spectroscopy, theoreticalchemistry, and biochemistry. We aim to explore unexplained phenomena that may
open new windows to materials science, supported by experimental, theoretical, andspectroscopic studies.
Research Topics:
1.

Design of New Molecular Transforming Methodologies Taking Advantage of
Characteristics of Elements:
Organometallic compounds have widely been used both in industrial and laboratory
synthetic chemistry. As demonstrated by recent methodology developments,organometallic complexes containing non-aromatic hydrocarbons have been showing
tremendous contribution in the formation of carbon–carbon and carbon–heteroatom
bonds. However, aromatic organometallic chemistry has not been well developed,
simply due to the synthetic limitation of these systems. A conventional preparative
method for those compounds has been the transmetalation from aryllithium (ArLi) or
aryl Grignard reagents (ArMgX) to corresponding metals. This method, however, suffersfrom the limited compatibility of functional groups on aromatic rings with intermediary
ArLi or ArMgX species, or their precursors (alkyllithiums or alkyl Grignard reagents),
which are too reactive to various electronegative functional groups, such as halogen,amide, cyano groups as well as π-deficient heterocycles. We have been tackling with

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these synthetic problems and have developed well-designed organometallic reagents(zinc, aluminum, and copper) in order to solve problems in organic synthesis during thecourse of our research programs.
1-1. Stille Cross-coupling via C–N Bond Cleavage
Cross-coupling reaction is one of the most fundamental and important reactions forcarbon-carbon bond formation, and has established its prominent presence in the synthesisof biologically active compounds and functional molecules. We have realized an efficient
C–C bond forming reaction via the nickel-catalyzed C-N bond cleavage of amines. On thebasis of detailed experimental and theoretical studies, we elucidated that the fluoride anion
acts not only as a base but also as a promoter of the C–C bond forming step. This method
enables facile preparation of oligo- and polyarenes on demand, and is expected to contributein the discovery of novel drugs and functional materials.

1-2. Direct Aromatic Hydroxylation and Amination Reactions using Cu-ate BasePhenols and anilines are widely found in biologically active substances and important
structural units of functional materials. Therefore, highly efficient and chemoselective
synthetic methods of those compounds have been eagerly anticipated. The combination of“our originally developed regio- and chemoselective metalation reaction with the Cu-atebase” and “oxidation of the generating arylcuprate” works out a solution for this issue and avariety of phenols and anilines are readily prepared from simple benzene derivatives. Thismethod enables the direct conversion of (hetero)aromatic C–H bond to C–heteroelement
bonds relying on the high functional group tolerance of the Cu-ate base.

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1-3. Gold-catalyzed Regio/Size-selective Cylization Reaction
Cyclic polyethers are often found among marine natural products and known to show
strong biological activity. Development of synthetic methods for efficient construction of
those structures is, thus, an important mission of synthetic organic chemistry in order to gain
insights on mechanisms of action of those compounds in the human body. We haveestablished a synthetic method of bicyclic ether, which is a core unit of many marine natural
products via intramolecular hydroalkoxylation of alkynes exploiting the strong π-philicity ofAu(I) for activation of triple bonds. The selectivity of cyclization reaction can be modularly
controlled by tuning steric and electronic properties of the substituents X and Y, and thisapproach to cyclic ethers is believed to be powerfully applicable to natural product total
synthesis.

1-4. Rapid and Divergent Synthesis of Allylic Boronates using Borylanion Equivalent
Organoboron is a useful class of compounds since its C–B bond is easily transformed to
C–C and C–heteroelement bonds. Additionally, boron-containing compounds have been
attracting attention in the fields of medicinal chemistry, materials science, etc. taking
advantage of the relatively stable C–B bond. These backgrounds require novel and practicalboron-introducing methodologies. We have been working on development of borylation
methodologies based on borylanion equivalent and revealed that a variety of allylic alcohols

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are directly converted to the corresponding allylic boronates in combination with base anddiboron reagent. On the contrary to the existing synthetic protocols of densely substituted
allylic boronates encounting labor-intensive operations, this strategy possesses a significant
advantage using various allylic alcohols as readily accessible starting materials.

2. Creation of Novel Materials and Concepts based on Theoretical Calculations
2-1. Stimuli-responsive Fluorescent Organic Leuco Dyes
Organic dyes are widely utilized in the field of medicine and materials science andresearches towards discovery of novel dyes with unprecedented optical properties areactively ongoing all over the world. In collaboration with Prof. Sawada and Prof. Kamino(Okayama Univ.), we have revealed that the aminobenzopyranoxanthene compound,
iso-ABPX, shows a large two-step color change (colorless/pink and pink/blue-green) in
response to external stimuli such as acid, temperature, and solvent. This color change is due
to a stepwise ring-opening event of two lactone moieties. Moreover, the dicationic species(blue-green) was found to emit near IR fluorescence. These unique properties of iso-ABPX
are expected to find applications including multicolor thermochromic inks, colorimetricpH/alcohol indicators, and near-infrared fluorescent bioimaging.

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Experimental Station for Medical Plant Studies
ORIHARA, Yutaka. Associate Professor, Pharmaceutical Phytochemistry
Plants have been used as a medicine for human beings since prehistoric times, andour present herbal medicines (medicinal plants) have been selected by the process of trial
and error (human experimentation) over a long period of time. It is not an exaggeration to
say that modern pharmaceutical sciences started as component research on medicinal plants(isolation, structural determination, and total synthesis). Recently though, the ratios of theantibiotic and the biologics have been increasing, while the importance of the medicine
from original plant doses has not decreased. Furthermore, taxol and vinblastine have been
discovered as a new medicine. Thus, the research on plants as a medicinal resource has
not been concluded, but is still ongoing. Many countries are scrambling to obtain natural
resources for global medicines. The role that the botanical garden has played in securing
the gene resource is important, even without seeing the Cue Botanical Garden in Britain. In
addition, the Faculty of Pharmaceutical Sciences has an obligation to maintain, to manage,and to develop the medicinal plant garden as long as that the medicines from the originalplants are kept in the pharmacopoeia.
Research topics:
In our laboratory, we are trying to produce useful secondary metabolites from medicinal andgymnosperm plants using plant tissue culture techniques. Concerning the plant tissue
culture of the medicinal plants, there are examples of the industrial production of stoneweed
and ginseng cultured cells. In most of the plants, the secondary metabolites are notproduced, even if they are cultured; and a significant breakthrough is required for this tohappen. In particular, if the biosynthetic pathway of the secondary metabolites and theircontrolling mechanism are clarified, not only production by culture is possible, but also therange of potential applications is unlimited.
Although many secondary metabolites produced by plants are not clarified theirown role for plants themselves, it makes clear that a part of secondary metabolites work as
their defense system against the environmental organisms. About 80% of medicines used
today are derived from natural source or derived from natural compounds. Until now,
secondary metabolites from plants are recognized as the important chemical library for thedevelopment of medicines.
Hovenia dulcis (Rhamnaceae) native in East Asia is fallen leaves tall tree and also
distributed in Japan.
Cultured cells of H. dulcis were cultured in CM liquid mediam (Murashige andSkoog’s medium containing 1 mg/L 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 0.1 mg/L kinetin and
7% coconut milk) for 4 weeks at 25 ˚C on a rotary shaker in the dark. Methanol extract of
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cultured cells was partitioned between ethyl acetate and water. From the ethyl acetate
fraction, 10 compounds were isolated using silica gel column chromatography and reversed
phase HPLC.
β-Sitosterol (1), betulinic acid (2), zizyberenalic acid (3), zizyberanalic acid (5),ceanothic acid (7), 2-epi-ceanothic acid (8) were determined as known compounds by the
analyses of NMR. Compounds 4, 6, 9 and 10 were new compounds.

We are a very small group and our ongoing research projects are as follows:
biosynthesis of diterpene alkaloids, especially to clarify the biosynthetic origin of alkyl
amine using stable isotope labeled precursors; the search for anti-microbial compounds fromthe cultured tissues of medicinal plants and cultured mycelia of medicinal mushrooms.

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Laboratory of Bio-Analytical Chemistry
FUNATSU, Takashi. Professor, Biophysics
TSUNODA, Makoto. Lecturer, Bio-Analytical Chemistry
OKABE, Kohki. Assistant Professor, Biophysics
IIZUKA, Ryo. Assistant Professor, Bioengineering
Overview:
The purpose of our research is to elucidate intercellular functions of bio-molecules bydeveloping new techniques that provide supersensitive detection. These techniques
include a single molecule imaging using fluorescence microscopy, manufacturingnano-devices that allow observation of weak bio-molecular interactions using evanescentfield illumination. We also developed the methods utilizing the combination of
luminescence spectroscopy and high-performance liquid chromatography. These techniques
let us to determine dynamic changes in molecular functions in living cells, bringing us tocontribute further understanding of biological functions. The details are as follows:
Research summary:
1. Culture-independent method for identification of microbial enzyme-encoding genes byactivity-based single-cell sequencing using a water-in-oil microdroplet platform
Environmental microbes are a great source of industrially valuable enzymes with potent
and unique catalytic activities. Unfortunately, the majority of microbes remain unculturable
and thus are not accessible by culture-based methods. Recently, culture-independent
metagenomic approaches have been successfully applied, opening access to untapped
genetic resources. Here we present a methodological approach for the identification of genesthat encode metabolically active enzymes in environmental microbes in a
culture-independent manner. Our method is based on activity-based single-cell sequencing,which focuses on microbial cells showing specific enzymatic activities. First, at thesingle-cell level, environmental microbes were encapsulated in water-in-oil microdropletswith a fluorogenic substrate for the target enzyme to screen for microdroplets that containmicrobially active cells. Second, the microbial cells were recovered and subjected to wholegenome amplification. Finally, the amplified genomes were sequenced to identify the genes
encoding target enzymes. Employing this method, we successfully identified 14 novel
β-glucosidase genes from uncultured bacterial cells in marine samples. Our method
contributes to the screening and identification of genes encoding industrially valuable
enzymes.
2. Live-cell single-molecule imaging of the cytokine receptor MPL for analysis of dynamic
dimerization
The thrombopoietin (TPO) receptor MPL is a cytokine receptor that regulates early
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myelopoiesis and megakaryopoiesis. Several mutations induce conformational changes,
possibly contributing to myeloproliferative neoplasms (MPNs). Although MPL functions as
a dimer for activating JAK2, the contribution of MPL dimerization to MPNs has been
controversial. Here, we show the regulatory mechanisms of MPL dimerization by single
molecule imaging and discuss the therapeutic potential of disturbing MPL dimerization in
MPNs. The lifetime of MPL dimers was prolonged in the presence of TPO, possibly due tocrosslinking of the phosphorylated MPL dimer by the adaptor protein SHC1. Stabilization of
MPL dimers was important for the STAT pathway leading to cell proliferation and survival.
Although stabilized in a phosphorylation-dependent manner, the MPN-relevant MPL mutant
dimer was stabilized preferentially in the presence of TPO. Intriguingly, disturbing MPL
dimerization by linking with the acyl carrier protein-green fluorescent protein fusion protein
selectively inhibited MPN-relevant constitutive signaling while maintaining normal
signaling, suggesting a therapeutic application for MPNs. Thus, single-molecule imaging
revealed the contribution of MPL dimerization to MPNs ex vivo.

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Laboratory of Physical Chemistry
SHIMADA, Ichio, Professor, (Structural biology)
NSHIDA, Noritaka, Associate Professor, (Structural biology, Molecular biology)
UEDA, Takumi, Assistant Professor, (Structural biology, Molecular biology)
KOFUKU, Yutaka, Project Assistant Professor, (Structural biology, Molecular biology)
Research Topics:
The research in our laboratory is focused on protein structure and dynamics, and on
the relation of these to protein function. NMR and molecular biological techniques are themain tools used to address these problems. We are also interested in the NMR
methodology for investigation for larger proteins. This research includes the following
topics:1. Structural basis of molecular recognition in membrane proteins and the related toproteins.
2. Structure basis of enzymatic reaction
3. Structure-based drug design
5. Development of NMR methods for larger proteins
NMR methodologies developed by our groups
Background
Advances in structural biology techniques have greatly accelerated the structural
determinations of proteins and their complexes, and thus increasing numbers of
three-dimensional structures are now available in the Protein Data Bank. However, anindividual structure can provide only limited information about its functions, since thestructure itself yields few clues about the specific target recognition. Therefore, structural
analyses of protein-protein interactions are required to reveal the mechanism of theirfunctions. Several attempts have been made to investigate protein-protein interactions byusing NMR. Especially, NMR methods that use chemical shift perturbation and/orhydrogen-deuterium (H-D) exchange for the main-chain amide groups of the complex havefrequently been used to identify the interfaces of larger protein-protein complexes withmolecular weights of over 50K in solution.
Principle of the cross-saturation method
The principle of the cross-saturation (CS) method is schematically described in Fig.1
Protein I, with residues to be identified as the interface residues, is uniformly labeled with2
H and 15N, and then it forms a complex with a non-labeled target protein (protein II).
Accordingly, the complex is composed of molecules with low and high proton densities.
In the case of large proteins, if the aliphatic proton resonances are irradiatednon-selectively using an RF field with a frequency corresponding to the aliphatic proton
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resonances, then not only the aliphatic resonances but also the aromatic and amide ones inthe target protein are instantaneously saturated. This phenomenon is well known as thespin diffusion effect. Although the protein uniformly labeled with 2H and 15N is notdirectly affected by the RF field, the saturation can be transferred from the target molecule(protein II) to the doubly-labeled molecule (protein I) through the interface of the complex,by cross relaxation. If the proton density of the doubly-labeled molecule is sufficiently low,then the saturation transferred to the doubly-labeled molecule is limited to the interface.
Therefore, we can identify the residues at the interface of protein I by observing the
reductions of the peak intensities in the 1H-15N HSQC spectra measured by TROSY
coherence transfer.

Fig.1

Recent results
G protein-coupled receptor (GPCR) ligands impart differing degrees of signaling in the Gprotein and arrestin pathways, in phenomena called ‘biased signaling’. However, themechanism underlying the biased signaling of GPCRs is still unclear, although crystal
structures of GPCRs bound to the G protein or arrestin are available. Here, we observed
the NMR signals from methionine residues of m-opioid receptor (mOR) in the balanced andbiased ligand-bound states. We showed that the intracellular cavity of mOR exists in an
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equilibrium between closed and multiple open conformations with coupled conformationalchanges on the transmembrane helices 3, 5, 6, and 7, and that the population of each open
conformation determines the G protein- and arrestin-mediated signaling levels in eachligand-bound state. These findings provide insights into the biased signaling of GPCRs,
and will be helpful for development of analgesics that stimulate mOR with reduced
tolerance and dependence.

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Laboratory of Health Chemistry
ARAI, Hiroyuki. Professor, Health Chemistry/Biochemistry, Lipid Biochemistry
KONO, Nozomu. Lecturer, Lipid Biology
IMAE, Rieko Assistant Professor, Lipid Biology
MUKAI Kojiro Assistant Professor, Lipid Biology
SHIMANAKA Yuta Assistant Professor, Lipid Biology
Research Topics:

1. Biosynthesis, remodeling and restoration of membrane phospholipids# Functional analysis of phospholipid acyltransferases# Functional analysis of phospholipases
2. Exploration of new bioactive lipids# Functional mediator lipidomics using LC-MS/MS# Metabolism and functional analyses of PUFA-derived lipid mediators in allergy
and metabolic syndrome.
3. Roles of lipids in membrane dynamics (membrane traffic and cell division)# Roles of lipids for retrograde membrane traffic
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# Roles of lipids for endocytic recycling and degradation
4. Regulation of membrane proteins by membrane lipids# Identification of PUFA-sensitive genes/proteins# Homeostasis of membrane lipids

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Laboratory of Physiological Chemistry
KATADA, Toshiaki. Professor, Physiological Chemistry and Biochemistry
FUKUYAMA, Masamitsu. Lecturer, Molecular Biology and Genetics
SAITO, Kota. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology
OHATA, Shinya. Assistant Professor, Neuroscience and Cell Biology
Overview:
Our laboratory is interested in the molecular mechanisms of signal transduction lying
behind human physiology. Cells and tissues in our bodies function coordinately to makephysiological responses. Abnormal regulation of cellular signaling is often found in humandiseases. Pharmaceutical drugs usually work to offset, alleviate, compensate and correct suchderanged transduction of signals. Thus, understanding the molecular principles of signaltransduction would greatly help to develop the target molecules for new drugs. We take a broad
range of experimental techniques that utilize biochemistry, molecular biology, cell biology andmolecular genetics. Our research has centered on GTP-binding proteins, so called “G proteins.”
We wish to expand and deepen our understanding of signaling networks involving G proteins
and their physiological significance.

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Research summary:
The research projects currently underway are followings:
1. Identification and characterization of novel families of small G proteins.
Small G proteins have been shown to act as “molecular switch” in various signaling
pathways, and can be divided into five subfamilies that consist of Ras, Ran, Rho, Rab, and Arf.
We have identified and characterized several small G proteins, which are structurally unique,and conserved among multicellular animals. Among them, Arl8 is an Arf-subfamily member
only known to reside on lysosomes. We have recently found that Arl8 is involved inphagolysosome formation and required for efficient removal of apoptotic cells in C. elegans:
Loss of C. elegans Arl8 (arl-8) results in accumulation of apoptotic germ cells. The
phagosomes fail to fuse with lysosomes in arl-8-deletion mutants, leading to the accumulationof Rab7-positive phagosomes with delay in degradation of the apoptotic cells. These findings
suggest that Arl8 facilitates apoptotic cell removal by mediating the phagosome-lysosome
fusion during phagocytosis in vivo. We have also found that Arl8 interacts physically with
VPS-41, a component of HOPS complex. Since HOPS complex has been shown to promotetethering and fusion of vacuolar membranes in yeast, Arl8 may cooperate with HOPS complex
to promote lysosomal fusion with phagosomes.
Di-Ras1 and Di-Ras2 are atypical Ras-family small GTPases and expressed predominantly
in brain tissues. We found Di-Ras2 co-purifies with SmgGDS from rat brain cytosol. E. coli
recombinant Di-Ras2 proteins can bind directly to SmgGDS. The interaction with SmgGDS
reduces the affinity of Di-Ras2 for guanine-nucleotides and increases the protein stability of
Di-Ras2 in living cells. These findings suggest that Di-Ras2 activity may be regulated by theinteraction with SmgGDS. We are also working on other atypical small G proteins, andunderstanding the significance of their unique structures may reveal novel modes of action ofsmall G proteins.
2. Molecular mechanisms that mediates nutritional regulation of stem and progenitor cells
There have been a number of signaling molecules identified so far that inform cells of thenutritional status. Such signal transduction is often deranged in human diseases such as diabetes
and cancers. Undifferentiated, progenitor and stem cells undergo self-renewal, differentiationand quiescence. Although the nutritional status of the organism has been known to have great
influence on their choice among these cell fates, its mechanism remains to be delineated. Using
C. elegans, we have found that the insulin-TORC1 (Target of Rapamycin Complex 1) pathway
plays a key role in switching between quiescence and activation of stem and progenitor cells in
response to change in the dietary environment. Recently, it has been reported that G protein Rag
mediates amino acid signaling to TORC1 activation. We found that feeding amino acids,
combined with carbon sources, promotes release from quiescence in multiple types ofprogenitor cells. Moreover, constitutive activation of Rag G proteins, instead of feeding aminoacids, can show the similar effect on the nutrient-dependent reactivation in a manner dependent
on TORC1 activity. These findings suggest that the Rag-TORC1 pathway mediates amino acidsensing of progenitor cells. Taking advantage of the powerful C. elegans genetic system, we
have recently identified several genes involved in the nutritional regulation of stem andprogenitor cells. We are currently attempting to delineate the molecular relationship between
these genes and the insulin-TOR signaling pathway.

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3. Understanding the mechanism of collagen export from the Endoplasmic Reticulum.
Collagen is synthesized in the endoplasmic reticulum (ER) with help of numbers ofchaperons, and secreted to the cell surface through secretory pathway. Collagen is too big to fit
into conventional secretory vesicles and the mechanism of collagen export from the ER has notbeen elucidated. We have recently identified cTAGE5/TANGO1 complex as a protein complex
localized at the ER exit site, and revealed that cTAGE5/TANGO1 are specifically required forcollagen export from the ER. Recently we have identified Sec12, a guanine-nucleotide
exchange factor for Sar1 GTPase as an interactor of cTAGE5. The interaction is required for
Sec12 to correctly localize to the ER exit sites. Moreover, the interaction of cTAGE5 with
Sec12 is necessary for collagen secretion, by producing activated form of Sar1 GTPase in thevicinity of ER exit sites.

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Laboratory of Molecular Biology
GOTOH, Yukiko. Professor, Molecular and Cell Biology, Neuroscience, Signal
Transduction
KISHI, Yusuke. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Neuroscience
FURUTACHI, Shohei. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Neuroscience
OKAZAKI, Tomohiko. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal
Transduction
HIGUCHI, Maiko. Project Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal
Transduction
Research Projects
1. Regulation of neural stem/progenitor cell fate during mouse neocortical development
We are currently tackling fundamental questions in neurobiology and stem cell biology
including- what defines the ‘stemness’ or ‘differentiation potential’ of NSCs?; Whatmechanisms govern the temporal fate switch of NSCs during neocortical development?
(what is the timer?) ; which embryonic cells are the origin of adult NSCs and what are
special about these cells?; what regulates the diversity of neuronal and astrocytic subtypes,
and what coordinates their area-specific organization? Through answering them, we would
like to unveil basic mechanisms of brain development and to obtain knowledge useful forregenerative medicine.
- Epigenetic control of neural stem/progenitor cell fate
Tissue stem cells in the developing central nervous system (CNS), called neural stem cells(NSCs) or neural precursor/progenitor cells (NPCs), produce various neuronal and glial cell
types in a developmental stage-dependent manner. The temporal and spatial regulation of
NSCs’ differentiation potential is key for precise formation of the complex structure of the
CNS.
Throughout development, the differentiation potential changes as NSCs pass throughphases of expansion, neurogenesis, and astrogenesis. Interestingly, both cell intrinsic andcell extrinsic mechanisms appear to be important for these transitions. We are interested in
examining the mechanisms underlying the timing of these transitions. The timing of thetransition between the neurogenic and astrogenic phases is critical for brain development, inparticular because the length of the neurogenic phase is an important parameter indetermining the number of neurons in each brain region. We found that the polycomb groupcomplex (PcG) restricts neurogenic competence of NPCs and promotes the transition of
NPC fate from neurogenic to astrogenic.
Moreover, PcG represses the promoter of the proneural gene neurogenin1 and 2 in adevelopmental stage-dependent manner and serves as a developmental timer. We found thatPcG also plays an essential role in regulating NPCs’ fate transitions within the neurogenic－139－－ 365 －

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phase, which occur as the switch from producing one neuronal subtype to another. We are
now investigating the mechanism by which PcG acts in a local- and developmental timedependent manner. As this is a common and important issue for the fate control of tissue
stem cells, we hope that our work will shed light on general mechanisms of stem cell fatecontrol.
Previous studies on chromatin regulation have mainly focused on specific genomic loci.
Surprisingly, we found that, in addition to “local” changes in the chromatin state at specificloci, the “global” chromatin state in the whole genome changes during neural development.
This work revealed that HMGA proteins mediate the open chromatin state in early-stage
NSCs, conferring on them the neurogenic potential.
- Signaling pathways that regulate neural stem/progenitor cell differentiation
We have been investigating signaling pathways that control the NSC fate anddifferentiation. We found that the transcription factor Stat3 maintains the NSC pool anduncovered that there is crosstalk between Stat3 and the Notch effectors Hes1/5, playing anessential role in maintenance of NSCs. We also found that Wnt/beta-catenin signaling
instructs neuronal differentiation of NSCs and promotes production of neuronal progenitors
in the neocortex, whereas PDK1-Akt signaling promotes GABAergic neuronal productionin the ganglionic eminences.
In the developing neocortex, once NSCs commit to becoming neurons, they stop dividing
and start to migrate toward the pial surface. Thus, we asked what mechanisms couple
neuronal fate commitment, cell cycle arrest, and neuronal migration. First, we found that the
cdk inhibitors p57 and p27 contribute to coupling cell cycle arrest and neuronal migration.
Furthermore, our works indicates that Scratch1 and Scratch2 are the missing link that
couples neuronal fate commitment and the onset of migration- proneural transcription
factors, which promote neuronal fate commitment, also induce the expression of Scratch
proteins, which in turn trigger the delamination of newborn neurons from the ventricularsurface by suppressing the expression of E-cadherin and other proteins essential for celladhesion. Since Scratch proteins belong to the Snail superfamily that mediates theepithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in various contexts, onset of neuronalmigration can be considered an EMT-like process.
During the neurogenic phase of mammalian brain development, only a subpopulation of
NSCs differentiates into neurons. Our results support the notion that different levels of Dll1
expression among NPCs works through cell-cell interactions, most likely through theNotch-Delta lateral inhibitory signaling pathway, to mediate the selection of differentiating
cells. Dll1 is an essential feedback signal from differentiating cells that suppresses excess
neuronal differentiation and maintains the NSC pool both in the embryonic and adult brain.

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- Mechanisms that regulate the generation and maintenance of adult NSCs
In contrast to the embryonic NSCs that quickly and sequentially produce a variety of neuralcell types in a limited time, adult NSCs have a very different mission. Namely, they have to
produce the same sets of neural cell types for a very long time (a lifetime) with littlechanges in their differentiation potentials. We are very much interested in the differences
between embryonic and adult NSCs and in trying to find the molecular basis of thesedifferences.
One prominent feature of adult NSCs is their low frequency of cell division, just like manyother adult tissue stem cells. To elucidate the role of the slow cell cycle/infrequent divisionin adult NSC biology, we identified a cell cycle inhibitor responsible for their slow cell
cycle. This inhibitor, the cdk inhibitor p57, is highly expressed in adult NSCs and is reduced
upon neurogenic stimuli such as running and kainic acid injection, resulting in the releasefrom the cell cycle arrest. Importantly, while a short-term deletion of p57 increases adultneurogenesis, a long-term deletion of p57 decreases the number of adult NSCs andneurogenesis. This indicates that the slow cell cycle of adult NSCs is essential for
preventing the exhaustion of these cells.
Adult NSCs are supported and controlled by a microenvironment (niche), which is essential
for their maintenance. We found that the Notch ligand, Dll1, is a critical part of this niche
and is essential for NSC maintenance. Dll1 is expressed in “activated” NSCs and,surprisingly, segregated asymmetrically to one daughter cell during mitosis. Dll1-inheriting
cells then commit to the neuronal fate and send the signal for NSC maintenance to the otherdaughter cell, resulting in asymmetric cell fate between the two daughter cells of an NSC.
This study thus unveils that the sister cell is an important “niche” for NSC maintenance. The
asymmetric segregation of Dll1 is likely important in maintaining the NSC pool size
through divisions.
- Molecular mechanisms responsible for neocortical arealization
The neocortex, the most complex brain structure, is unique to mammals. It is responsible forsensory perception and cognition, as well as control of our motor systems. In its tangential
dimension, the neocortex is organized into subdivisions referred to as “areas” that are
distinguished from one another by major differences in their cytoarchitecture andchemoarchitecture, connectivity, patterns of gene expression, and specialized functions.
Although of inarguable importance, the mechanisms controlling arealizaion of the neocortex
still remain elusive. Previous studies have revealed that several genes expressed inneocortical neural stem cells during early embryonic stage contribute to specify theidentities and properties of neocortical areas. We have been trying to identify genes
expressed in specific regions in early embryonic neocortex, and investigating the roles of
those genes in neocortical arealization.

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2. Roles of stress-activated MAP kinase in cell death and innate immunity
Previously, we identified MAP kinase and its activator (MAPKK) in growth factorstimulated mammalian cells as well as in Xenopus oocytes. A subgroup of our lab iscontinuing the study on MAPK signaling, now focusing on a member of the stress-activated
MAPK superfamily, JNK.
JNK plays a pivotal role in cell death induced by a variety of cellular stresses. Several
proapoptotic proteins, including Bad and FOXO3a, commonly become associated with 143-3 upon phosphorylation by survival-mediating kinases such as Akt and localized in thecytoplasm. We found that phosphorylation of 14-3-3 by JNK releases Bad and FOXO3afrom 14-3-3 and promotes their mitochondrial translocation, allowing them to induce
apoptosis, thereby antagonizing the effects of Akt signaling.
We found that JNK is also responsible for the enhancement of Ca2+-evoked release of
secretory vesicles by NGF treatment in PC12 cells. JNK directly associates with andphosphorylates synaptotagmin-4, causing it to become localized to mature secretory vesicles,
and enhancement of their Ca2+-evoked release. These results have revealed a previously
unrecognized molecular link between peptidyl growth factors and secretory machinery.
Currently, we are investigating the roles of stress-activated MAPK pathways in innate
immunity. At early stage of viral infection, host cells employ two strategies to prevent viral
expansion: interferon (IFN) response and apoptosis. It is, however, unknown what
conditions might discriminate between the usage of these two strategies and what molecularmechanisms would underlie such discrimination. We are now working on identifying themechanisms that mediate the choice between these two host defense strategies.
3. Regulation of cell migration and invasion by the proto-oncogene Akt
Akt is a serine/threonine kinase whose excess activation is often associated with malignant
cancers. Akt has been suggested to promote tumorigenesis via aberrant promotion of cell
survival, proliferation, transloation/metabolism etc. We identified several targets of Akt inthe context of cell survival such as Mdm2, a ubiquitin ligase for the tumor suppressor p53.
Akt-mediated phosphorylation of Mdm2 results in ubiquitination and degradation of p53.
Since p53 is responsible for DNA damage-induced apoptosis, Akt activation makes cells
resistant to DNA damage. We also found that Akt plays prerequisite roles in growth factorstimulated directional migration of fibroblasts, which may be involved in tumor cell
invasion during metastasis.
We have also investigated the mechanisms by which growth factors regulate Akt signaling.
We found that PAK serves as a scaffold and regulates the efficiency, localization andspecificity of the PDK1-Akt pathway. PAK mediates Akt-stimulated cell migration but notsurvival. Akt promotes cell migration partly through microtubule stabilization and FAKdependent adhesion turnover.

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目次へLaboratory of Genetics
MIURA, Masayuki. Professor, Molecular Genetics of Cell Death
YAMAGUCHI, Yoshifumi. Associate Professor, Molecular Genetics of Development
KOTO, Akiko. Assistant Professor, Molecular Genetics of Development
TOMONORI, Katsuyama, Project Assistant Professor, Molecular Genetics
Research Subjects:
Research interests in our Lab are cell fate decision, cell specification, cell behavior and cellcommunications in multicellular organisms. Our main research topics are as below.
1. Systemic damage response (SDR) in tissue repair: regulation and function SAM metabolism
during tissue regeneration
A systemic response upon tissue injury is not only restricted to the damaged site but also involves awide range of tissue damage responses.

We call this response as systemic damage response (SDR)

in contrast to local damage response (LDR). SDR is a reasonable homeostatic mechanism for
multicellular organisms because the influence of local damage is not always confined to thedamaged region. To study the molecular mechanisms of SDR, we developed genetic tools tomanipulate genes tissue-specifically and tissue-independently. We used a dual binary-gene
expression system in Drosophila for SDR study. We performed spatiotemporal tissue injury using
a temperature-sensitive form of Diphtheria toxin A domain (DtAts) driven by the Q system.
Ga4/UAS gene expression system was used to study genes contributing to imaginal disc repair intissues distant from injured tissues. Using this technique, we demonstrate that methionine
metabolism in the fat body, a counterpart of mammalian liver and adipose tissue, supports the repair
processes of wing imaginal discs. Local injury to wing imaginal discs decreases methionine (Met)and S-adenosylmethionine (SAM), whereas it increases S-adenosylhomocysteine (SAH) in the fat
body. Fat body-specific manipulation of methionine metabolism genes results in defective wing discrepair, but does not affect normal wing development. These results indicate the contribution of tissue
interactions to tissue repair in Drosophila, as local damage to wing imaginal discs influences fat
body Met metabolism as SDR, and proper control of Met metabolism in the fat body regulates wing
disc repair and regeneration.
2. Regulation of sensory organ precursor cell development by caspase and epigenetic gene
Developmental processes are robust even in the presence of genetic, environmental, and stochastic
variations.

Focusing on some quantitative traits that are sensitive to these variations allows us to

identify factors involved in developmental robustness. Drosophila produce a constant number of
mechanosensory bristles called macrochaetae (MC), which develop from sensory organ precursor(SOP) cells within a proneural cluster (PNC). For instance, there are normally four MC in thescutellum region. We previously reported that non-apoptotic caspase activity contributes to thestrict SOP number regulation. Unlike other mutants that act directly to regulate sensory organ cell
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fate (such as the Notch pathway), caspase-inhibited mutants displayed a single (sometimes two)
additional SOP, suggesting that the factor fine-tunes developmental errors. To further study themechanisms which ensure the precise determination of SOP cells numbers, we conducted RNAi
screening in PNC for genes involved in epigenetic regulation. We identified a H3K9 histone
methyltransferase, SETDB1/eggless, as a regulator of SOP development. Knockdown of SETDB1
in PNC led to additional SOPs.

We further tested the relationship between SETDB1 andnon-apoptotic function of caspase on SOP development.

Increase of caspase activation byheterozygous Drosophila Inhibitor of apoptosis protein 1 (DIAP1) mutation rescued ectopic SOP
development caused by SETDB1 knockdown.

Knockdown of SETDB1, however, had little effecton caspase activity. Both loss of SETDB1 and caspase activity resulted in further increase in MC,
indicating that the two components work cooperatively.

These results suggest epigenetic

methyltransferase and non-apoptotic caspase activity fine-tune the robust regulation of SOP number
during development.
3. Deciphering signals for tissue regeneration
Drosophila imaginal disc is a useful model for studying tissue regeneration. In addition toaccumulating knowledge on the molecular mechanisms of regeneration process in damaged discs,
there is increasing evidence that secretory factors from damaged discs such as Unpaird (Upd)cytokines and Drosophila Insulin-like peptide 8 (Dilp8) act as a messenger for wound repair-related
responses in other tissues. We demonstrated that Upds-JAK/STAT signaling coordinates theregenerative disc growth with Dilp8-mediated control of larval-to-pupal transition. Furthermore, we
recently showed that the recovery of genetically ablated discs requires proper methionine
metabolism in fat body. However, it is still beginning to be understood how the tissues that apartfrom a wound site (e.g. fat body) recognize the demands of damaged discs. In this study, todetermine the factors to be secreted from damaged discs for tissue repair, we analyzed gene
expression changes in damaged wing discs. Among the up-regulated genes, we identified several
genes whose products would be secreted. In addition, we found that Nidogen (Ndg), one of the corecomponents for basement membrane (BM), is highly up-regulated in damaged wing discs, while
Collagen IV network in the BM is digested by Matrix metalloproteinase 1 that also elevated upondamage. We observed that the suppression of Ndg induction in damaged wing discs influences on
the recovery of normal wings. We now investigate if the Ndg up-regulation facilitates thereorganization of BM during disc regeneration.
4. Molecular mechanisms of hibernation
Hibernation is an energy-saving strategy to survive in harsh environmental conditions during winterwith little or no food. Mammalian hibernators including squirrel and hamsters are tolerant to low

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core body temperature and drastic decrease of heart rates during hibernation, whereas suchconditions cause severe organ damages and death in non-hibernators including mice and humans.
Interestingly, such tolerance seems to develop during pre-hibernation season prior to hibernation but
not in non-hibernating seasons. Mechanisms that confer the tolerance to hibernation in the
pre-hibernation season remain totally unclear. Using a well-controlled hibernation-inducing system,
we reported that a facultative hibernator, Syrian hamster, remodels the control system of their bodytemperature and body weight during pre-hibernation season. In addition, we have also revealed byRNA-seq analysis that gene expression patterns of the “hibernation-tolerant” state in several tissues
including liver, white adipose tissues, and skeletal muscles.
5. Neural mechanisms of social behavior
The social interaction with others has beneficial impact in various animals. Animals develop thesocial behavior that can be flexibly modified depending on the social environment to maximize theirfitness and health. At the same time, social deprivation has negative effect for the life of social
animals. It is suggested that social interactions influence not only the behavior but also thephysiology of social organisms, but there is little information on the mechanisms by which thisoccurs. Social insects, in particular ants, live in the complex social organization. They are thesuitable models to study the complex social behavior. They have small genomes and simpler nervous
system than more highly social animals like mammals. However, they live in the sophisticated socialorganization and innately have complex behaviors. We found that isolated ants have a strikingly
reduced lifespan compared to ants kept with nestmates. Moreover, we found that in isolated
condition, the digestion process was disturbed and their behavior is hyper-activated. We aim to study
the molecular mechanisms how social deprivation affects the health in ants by using thetranscriptome analysis and comparing the gene expression between isolated and grouped individuals.
Additionally we are focusing on the regulatory mechanisms of their social behavior via a neuronal
peptide called inotocin, which is the oxytocin-vasopressin family peptide in insects. By theexpression analysis, it is expected to have specific function in worker castes. To understand its
physiological function, now we are establishing the manipulation system with pharmacological or
genetic treatment.

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Laboratory of Cell Signaling
ICHIJO, Hidenori. Professor, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
NAGURO, Isao. Lecturer, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
SEKINE, Shiori. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
HATTORI, Kazuki. Project Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
HOMMA, Kengo. Project Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
WATANABE, Kengo. Project Assistant Professor, Molecular and Cell Biology, Signal Transduction
Research Subjects:
Cells respond to environmental changes by activating signal transduction pathways, which
culminate in the induction of homeostatic responses. The failure to adequately sense, generate
and transduce these signals results in tissue degeneration, auto-immunity or neoplastictransformation. One of the major research subjects of this laboratory is to understand thesignaling mechanisms involving the MAP kinase pathways in the context of stress response andhuman disease. This includes the initiation and transduction of the stress signals throughApoptosis Signal-regulating Kinase (ASK) family MAP kinase signaling cascades.
Current topics:
Mammalian ASK family is composed of three closely related members, ASK1 ASK2 and ASK3.
ASK family members belong to the MAP kinase kinase kinase (MAP3K) family, which
activates both the JNK and p38 MAP kinase pathways. ASK family signaling cascades
constitute pivotal signaling pathways in various types of stress response. We have particularly
been interested in cloning and analyzing the molecules that control ASK family activity. By
employing yeast two-hybrid screening, pull-down MS analysis and genome-wide siRNA
screening, we have successfully identified various molecules that regulate the activity andfunction of ASK family proteins. We also explore by using knock-out animals the roles of ASK
family and their upstream and downstream signaling components in various diseases including
cancer, inflammation, neurodegeneration and cardio-vascular diseases.
Research Projects
1. Naguro Group
This group is studying on the cellular stress response through ASK family proteins, especially
focusing on osmotic and oxidative stress. One of the main project is a research on ASK3 inosmotic stress response, which is most recently identified among ASK family proteins. We haveidentified that ASK3 regulates the WNK1-SPAK/OSR1 pathway which is involved in osmotic
stress response and the control of systemic blood pressure in the kidney. And we found that ASK3
KO mice exhibit hypertensive phenotype through the misregulation of the WNK1-SPAK/OSR1
pathway. We have established a genome-wide siRNA screening system searching for the
regulators of osmo-responsive proteins (e.g. ASK3) to identify the cellular sensor and transducer

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for the osmotic stress signaling. We are also studying on the phenotype of ASK KO mice inseveral pathological conditions such as cancer metastasis and acute organ injury. Furthermore, we
are adopted single cell analysis for monitoring MAPK dynamics under oxidative stress. Also, we
have been engaged in the study of cell competition which is promoted by a Grant-in-Aid for
Scientific Research on Innovative Areas.
2. Sekinei Group
This group is studying on mitochondria-resident stress-responsive molecules PGAM5, andoxidative stress-responsive genes KLHDC10. Recently, our group found that KLHDC10 KO mice
were resistant to TNFα-induced acute inflammation model. The analysis of KLHDC10 KO micephenotypes was published in paper this year (Yamaguchi et al., PLoS One., 2016).
3. Hattori Group
This group is studying the physiological functions of ASK family proteins. Our recent topic is
mainly focusing on the function of ASK1 in adipose tissues. A number of studies suggest thatbrown adipose tissue, a type of adipose tissue, has an ability to dissipate energy in the form ofheat and is considered as a potential therapeutic target for metabolic diseases. We have revealed
that ASK1 regulates brown adipocyte maturation through the induction of several genes, which
are involved in critical function of brown adipocytes. We are now trying to figure out the novel
function of ASK family using ASK-deficient mice. In addition, we analyze the cell deathmachinery, which will provide a novel insight of the mechanism of a type of regulated necrosis.
4. Homma Group
This group is focusing on the molecular mechanisms underlying the inherited forms of the motor
neuron disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Although more than 100 different Cu, Zn
superoxide dismutase (SOD1) mutations are identified in ALS patients, it remains controversial
whether all of them exert common toxicities. Recently, we have found that ALS-linked
pathogenic SOD1 mutations induce a common conformational change in SOD1. Based on thismodel, we are currently investigating the precise mechanism of SOD1 conformational change andtherapeutic interventions for ALS model mice using low molecular weight compounds.
5. Watanabe Group
This group is studying the molecular mechanism of bidirectional ASK3 activity change against
osmotic stress. After the introduction of multiple assay systems, we could demonstrate that ASK3
regulates cell volume in both hypoosmotic and hyperosmotic stress. Based on the results ofgenome-wide siRNA screens, we are approaching the regulatory mechanism of ASK3 activity
change from multiple angles. Because cell volume is an essential component for cell, we are also
exploring the potential role of ASK3 in volume-changing phenomena.

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Laboratory of Protein Metabolism
MURATA, Shigeo. Professor, Molecular and Cell Biology
YASHIRODA, Hideki. Associate Professor, Molecular Biology and Yeast Genetics
HAMAZAKI, Jun. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology
HIRAYAMA, Shoshiro. Assistant Professor, Molecular and Cell Biology
Research Subjects:
Protein degradation plays an important role in the control of a diverse array of basic cellular
activities by rapidly and unidirectionally catalyzing biological reactions. The degradation
machinery in eukaryotic cells consists of two main systems; one mediated by the proteasome
and the other by autophagy. The proteasome, in collaboration with a sophisticated ubiquitin
system used for selection of target proteins, selectively degrades short-lived regulatory
proteins as well as abnormal proteins that must be eliminated from the cells (figure 1).

Figure 1: Diverse functions of the ubiquitin-proteasome system in eukaryotes
Pioneering work from the 1980s revealed that the active 26S proteasome with amolecular mass of 2.5 MDa is comprised of two subcomplexes: a catalytic core particle (CP;alias 20S proteasome) and one or two terminal 19S regulatory particles (RPs). The CP
forms a packed particle, resulting from axial stacking of two outer α rings and two inner βrings, which are made up of seven structurally similar α and β subunits, respectively; therings form an α1-7β1-7β1-7α1-7 structure. The β1, β2, and β5 catalytic subunits, as
threonine proteases, are associated with caspase-like, trypsin-like, and chymotrypsin-like
activities, respectively. In 1994, work in vertebrate proteasome led to the discovery of the

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"immunoproteasome" whose β1, β2, and β5 units are replaced by the structurally related
and IFN-γ-induced β1i, β2i, and β5i, respectively, which emphasized their specialized
functions in immune responses (i.e., functioning as a professional antigen processing
enzyme). Lately, we identified another unique "thymoproteasome", which contains a novel
catalytic subunit, designated β5t, which is expressed exclusively in the thymus. We foundthat β5t-deficient mice displayed defective thymic development of CD8+ T cells, suggestinga key role for thymoproteasome in the development of the MHC class I-restricted CD8+ T
cell repertoire during thymic positive selection.
Our discovery of two proteasome assembling chaperones (PAC1/2 and PAC3/4
heterodimeric complexes) represents another breakthrough in the field of proteasome
research as it defines the possible mechanisms of mammalian 20S proteasome assembly.
We also identified four novel chaperones (p27, p28, Rpn14 and S5b), which are involved in
the assembly of the base subcomplex in the 19S regulatory particle. In addition, we further
revealed that the TRC40/GET pathway is involved in the proteasome assembly.
It is now clear that proteasome-mediated proteolysis controls various biologicallyimportant processes, such as cell-cycle control, immune responses, metabolic regulationand developmental programs. On the other hand, the incidences of intractable diseases,
such as cancers, infectious diseases, and neurodegenerative diseases, have been increasinglately especially in the elderly population. In this context, there is general agreement thatdysfunction of the intracellular proteolysis machinery is a common abnormality in thosediseases. Under this theme, we have been developing a multipronged approach for the
analysis of intracellular proteolysis, focusing on the 20S and 26S proteasomes as the major
objective, specifically in mammal. We emphasize here that the aforementioned results
represent our own original work, which have been published in prestigious scientific peerreviewed journals, positioning our group as the world authority in this field. Similar to ourprevious fruitful work, we are confident that the proposed project will contribute to thecreation of new bioscientific field and the development of new therapies for the
aforementioned diseases. Notwithstanding the above achievements, there are still many
unanswered yet important questions in this field.
We will continue to gain further insights into the molecular mechanisms involvedin the structures, functions, and regulations of proteasomes. The following section
describes in a brief format of the main hypotheses and goals of our project.
1) Studies to determine the molecular mechanisms underlying the 26S proteasome
assembly by identifying intermediates produced by knock down of each proteasome
subunit and as yet unknown chaperones that are involved in the assembly of 19S RPs and
26S proteasomes, analogous to PAC1-4 for 20S proteasomes2) Studies on the thymoproteasome designed to determine the mechanisms of its thymusspecific expression and assembly. These studies will also identify antigenic peptides
generated by the β5t-containing thymoproteasome that govern positive selection of CD8+

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T cells.
3) Studies to analyze many uncharacterized PIPs (proteasome interacting proteins)
identified by using the LC-MS/MS system.
4) Studies designed to identify various novel factors involved in transcription, assembly,
activity, and localization of the proteasome by genome-wide RNAi screening and genetic
screening in Drosophila, nematode, and yeast.
5) Studies to isolate new compounds responsible for up- or down-regulation of proteasome
activities that could be targeted for treatment of certain diseases.
Research topics in 2016
Identification of the mechanism for Nrf1 activation in response to proteasome inhibition
In response to proteasome dysfunction, mammalian cells upregulate gene expression of all
the proteasome genes by activating Nrf1. Nrf1 is an endoplasmic reticulum-resident
transcription factor that is continually retrotranslocated and degraded by the proteasome.
Upon proteasome inhibition, Nrf1 escapes degradation and is cleaved to become active.
However, the processing enzyme for Nrf1 remains obscure.
In this paper, we revealed that the aspartyl protease DNA-damage inducible 1
homolog 2 (DDI2) is required to cleave and activate Nrf1 (Figure 2). Deletion of DDI2
reduced the cleaved form of Nrf1 and increased the full-length cytosolic form of Nrf1,
resulting in poor upregulation of proteasomes in response to proteasome inhibition. These
defects were restored by adding back wild-type DDI2 but not protease-defective DDI2.
These results suggest that DDI2 is the processing enzyme for Nrf1 activation, providing a
new therapeutic target for cancer treatment in combination with proteasome inhibitors.

Figure 2: Activation of Nrf1 via the processing by DDI2

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Ongoing projects•

In vivo analysis of the proteasome inhibitor protein PI31•

Relationship between the budding yeast deubiquitylase Otu2 and the ribosome•

HECT domain E3 ubiquitin ligase HUL5 is involved in the nuclear export of misfolded
proteins•

The mechanism of ubiquitin dependent degradation control in nucleus and cytosol•

Identification of genes which regulate proteasome function•

The cytoskeletal protein actin and the motor protein myosin are involved in the 26S
proteasome assembly.

•

Identification of the transcription factor regulating expression of thymic cortex specificproteasome subunit β5t.

－－4－
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DEPARTMENT OF PHARMACY
Laboratory of Chemistry and Biology
URANO, Yasuteru
Professor, Chemical Biology
HANAOKA, Kenjiro Associate Professor, Chemical Biology
UENO, Tasuku
Assistant Professor, Chemical Biology
KOMATSU, Toru
Project Assistant Professor, Chemical Biology
Research topics:
One of the great challenges in the post-genome era is to clarify the significance of biologicalmolecules directly in living cells/organisms. The expression and metabolism of these molecules
are precisely regulated in terms of time and space. If we can visualize (or manipulate) a moleculein action, it will be possible to acquire biological information that is unavailable when dealing
with cell homogenates. One promising approach to achieve this goal, we believe, is to design andsynthesize functional sensor molecules, which allow biological information (e.g. Ca2+ influx,
enzyme activity, oxidative stress) to be monitored by spectroscopic methods. For this purpose,
we have developed a number of fluorescent probes and smart MRI agents for intracellularmessengers, and successfully applied them to living cells and organisms. We have also succeeded
in developing functional photosensitizers that inactivate target molecules or induce oxidative
stress to specific cells.
1. Design, synthesis and biological application of novel sensor molecules for cellularsignaling molecules, such as Ca2+ ion, reactive oxygen species, or various enzymes.
2. Design and synthesis of novel MRI probes/bioluminescence for in vivo imaging.
3. Application of fluorescent probes to optical imaging of cancer.
4. Development/application of fluorescent probes for diagnostic applications.
5. Establishment of a methodology to monitor the behaviors of the proteins of interest withfluorescent molecules.
6. Establishment of chemically inducible cellular signal perturbation techniques.

Research highlights in 2016:
1. Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma withfluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV (Sci. Rep., 6, 26399 (2016))
Early detection of esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is an important
prognosticator, but is difficult to achieve by conventional endoscopy. Conventional lugol
chromoendoscopy and equipment-based image-enhanced endoscopy, such as narrow-band
imaging (NBI), have various practical limitations. Since fluorescence-based visualization

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is considered a promising approach, we aimed to develop an activatable fluorescence probe
to visualize ESCCs. First, based on the fact that various aminopeptidase activities areelevated in cancer, we screened freshly resected specimens from patients with a series ofaminopeptidase-activatable fluorescence probes.
The results indicated that
dipeptidylpeptidase IV (DPP-IV) is specifically activated in ESCCs, and would be a suitablemolecular target for detection of esophageal cancer. Therefore, we designed, synthesized
and characterized a series of DPP-IV-activatable fluorescence probes. When the selectedprobe was topically sprayed onto endoscopic submucosal dissection (ESD) or surgical
specimens, tumors were visualized within 5 min, and when the probe was sprayed on biopsy
samples, the sensitivity, specificity and accuracy reached 96.9%, 85.7% and 90.5%. We
believe that DPP-IV-targeted activatable fluorescence probes are practically translatable asconvenient tools for clinical application to enable rapid and accurate diagnosis of early
esophageal cancer during endoscopic or surgical procedures.
(B) Fluorescence detection ofsquamous cell carcinoma(A) Fluorescent probe for DPP-IV

2. Development of Practical Red Fluorescent Probe for Cytoplasmic Calcium Ions with
Greatly Improved Cell-membrane Permeability (Cell Calcium 60, 256–265 (2016))
Fluorescence imaging of calcium ions (Ca2+) has become an essential technique forinvestigation of signaling pathways involving Ca2+ as a second messenger. But, Ca2+
signaling is involved in many biological phenomena, and therefore simultaneous
visualization of Ca2+ and other biomolecules (multicolor imaging) would be particularly
informative. For this purpose, we set out to develop a fluorescent probe for Ca2+ thatwould operate in a different color region (red) from that of probes for other molecules, manyof which show green fluorescence, as exemplified by green fluorescent protein (GFP). We
previously developed a red fluorescent probe for monitoring cytoplasmic Ca2+ concentration,
based on our established red fluorophore, TokyoMagenta (TM), but there remained room for
improvement, especially as regards efficiency of introduction into cells. We consideredthat this issue was probably mainly due to limited water solubility of the probe. So, we
designed and synthesized a red-fluorescent probe with improved water solubility. We
confirmed that this Ca2+ red-fluorescent probe showed high cell-membrane permeability
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with bright fluorescence. It was successfully applied to fluorescence imaging of not only
live cells, but also brain slices, and should be practically useful for multicolor imaging
studies of biological mechanisms.

(A) Structure of CaTM-3(B) Fluorescence imaging of Ca2+ in neural cells

3. Discovery of pyruvylated peptide-metabolizing enzyme using a fluorescent
substrate-based protein discovery technique (Chem. Commun., 52, 4377-4380 (2016))
Cells continuously generate energy by consuming oxygen, and there is a continuousbalance between exposure to oxidative stress due to generation of reactive oxygen
species (ROS) and protection/recovery mechanisms.

Especially, excess ROS generation

usually causes irreversible modifications of biomolecules such as lipids, sugars, DNAs
and proteins, which can have dramatic effects on cellular functions.

The consequenceof oxidative protein modifications have been studied intensively, but very little
information is available about metabolic inactivation or repair of the modified
molecules.

We believe identification of these processes is important, in view of theirprotective function against oxidative stress.

The discovery of enzymes with metabolic

activity towards these modifications would have great value, and among them, one of
the most interesting targets would be the pyruvylated peptides that are reported to begenerated by radical-mediated degradation of aspartyl and glutamyl residues.

Since

the α,β-dicarbonyl structure is highly electrophilic, it can induce aggregation of proteins,
but no cellular mechanism for its metabolism has yet been identified. Therefore, theaim of the work was to screen the enzymome (i.e., the whole set of enzymes active in thecell) for enzyme(s) with activity toward these modifications.

We discovered a

pyruvylated peptide-metabolising enzyme in tissue extracts by using a speciallydesigned probe, Pyr-Leu-AMC.

With the combination of diced electrophoresis gel(DEG) assay and peptide mass fingerprinting methods, we identified it as acylaminoacid releasing enzyme (APEH). The results of overexpression and inhibition studies

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－
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indicated that APEH activity is a major determinant of cellular sensitivity to pyruvyl
peptides.

It is noteworthy that altered function of this enzyme has recently beenreported in various diseases, including tumours, diabetes, and neurodegenerative
diseases.
(A) Fluorescent probe to visualize pyruvyl(B) Discovery of enzymes with DEG assay

peptide-metabolisms

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Laboratory of Protein Structural Biology
SHIMIZU, Toshiyuki. Professor, Structural Biology and X-Ray Crystallography
OHTO, Umeharu. Associated Professor, Diffraction Structural Biology
TOMA, Sachiko. Assistant Professor, Diffraction Structural Biology
Research Topics:
Our research is focused on structural biology of proteins and nucleic acids, mainly onhuman enzymes, immune-system proteins such as antibodies, and receptors. In theelucidation of three-dimensional structures, X-ray crystallography is extensively used since
it provides us with structural information on their functions and biological roles which arealso required for drug design. Our structural studies utilize interdisciplinary methods
including molecular biology, biochemistry, computational chemistry, crystallography, andsynchrotron radiation techniques. Hence, our efforts are also aimed at developments of thesemethods. The undergoing research areas are summarized as given below:
1. Diffraction structural biology elucidating three-dimensional structures of proteins using
X-ray crystallographic methods.
2. Analyses of structures and functions of biological macromolecules with crystallographic
and computational methods using both in-house and synchrotron X-ray equipment.
3. Structural studies of proteins in innate immunity.
4. Structural studies of nuclear proteins and their complexes
5. Structural studies of proteins in signal transduction.
Structure studies of TLRs
Innate immunity is the first line of defense against microbial infections. Microbial
components are recognized by a variety of pathogen sensors such as Toll family of receptors(TLR). The Toll-like receptors (TLRs) are a family of pattern-recognition receptors thatrecognize microbial components and initiate subsequent immune responses. Ten membersof the human TLR family (TLR1 to TLR10) have been identified to date. The extracellulardomains have leucine rich repeats (LRRs) and are responsible for binding so-called“pathogen-associated molecular patterns”. TLR7 and TLR8 recognize ssRNA, and TLR9
recognizes CpG-DNA, initiating innate immune responses.
1. TLR7
Both TLR7 and TLR8 contain two ligand-binding sites, one for nucleosides and one foroligoribonucleotides; these are called the 1st site and the 2nd site, respectively. The 1st site,which is composed of LRR8, LRR11–14, and LRR16–18, is highly conserved between
TLR7 and TLR8. Of interest, the two receptors show a different preference: TLR7 prefers
guanosine and TLR8 favors uridine. The 1st site interfaces extensively overlap the
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dimerization interfaces. Guanosine or uridine is bound in the center of the dimerizationinterface and acts as a molecular glue, to stick the two protomers together. Further,
guanosine and uridine recognition patters are highly similar. Differences in the pocket sizes
and the electrostatic potentials of the 1st site might account for their ligand preferences.
However, the current crystal structure data are insufficient to explain the exact reason for the
preference. Further mutagenesis experiments are needed to shed light on this issue.
The 2nd sites of TLR7 and TLR8 recognize oligoribonucleotides. Unlike the 1st sites, the
2nd sites are spatially distinct from each other. The 2nd site of TLR7 is composed of theconcave surface of LRR1–5 and a portion of the Z-loop; in TLR8 it is composed of theconcave surface of LRR9–13 and a portion of the Z-loop. The 2nd site of TLR7 is in theproximity of the dimerization interface and partly contributes to the ligand-induced
dimerization. On the other hand, in TLR8, this site is entirely independent from thedimerization interface and only indirectly contributes to ligand-induced dimerization via theZ-loop.
In the case of ssRNA recognition by TLR7, a 3-mer UUU motif of a long polyU ssRNA isrecognized. Besides the interactions with the RNA phosphate backbone, the middle uridine
motif (U2) forms complementary hydrogen bonds with the surrounding residues, and its
RNA-specific 2’-OH is strictly recognized by Q181 side chain and R473O. The flanking U1and U3 are loosely recognized, allowing their substitution. Overall, the sine qua non of anoligoribonucleotide to bind the 2nd site of TLR7 is that it must be at least a 3-mer, withuridine in the middle position. The 2nd site of TLR8 might bind the UG dinucleotide,
however, base-specificity would not be high. An oligoribonucleotide may bind if it is no
shorter than a 2-mer and contains a purine base.

Figure 1: Structure of TLR7 in complex with guanosine and polyU

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2. The role of Z-loop in TLR8
Toll-like receptor 8 (TLR8) senses single-stranded RNA (ssRNA) and initiates innate
immune responses. TLR8 requires proteolytic cleavage at the loop region (Z-loop) between
leucine-rich repeat (LRR) 14 and LRR15 for its activation. However, the molecular basis ofZ-loop processing remains unknown. To elucidate the mechanism of Z-loop processing, webiochemically and structurally studied how the Z-loop affects the function of TLR8. TLR8
with the uncleaved Z-loop is unable to form a dimer, which is essential for activation,
irrespective of the presence of agonistic ligands. Crystallographic analysis revealed that theuncleaved Z-loop located on the ascending lateral face prevents the approach of the
dimerization partner by steric hindrance (Figure 2). The autoinhibition mechanism of
dimerization by the uncleaved Z-loop should apply to TLR7 and TLR9. In agreement withthe results of TLR8, TLR9 with an uncleaved Z-loop is unable to dimerize although it binds
agonistic DNA, while TLR9 cleaved at the Z-loop dimerizes in response to agonistic DNA.
With respect to the regulation of dimerization, the precise position of Z-loop cleavage might
be only marginally important, considering the fact that the sequences of Z-loops among
TLR7–9 are not conserved at all and multiple proteases are involved in Z-loop cleavage. For
instance, TLR9 artificially cleaved at the Z-loop by V8 protease can form the activated formof the receptor.

Figure2: Superposition of TLR8Z-loop (green) and unliganded TLR8wt dimer (gray)structures.

Structure of IZUMO1-JUNO
Fertilization is a fundamental process in sexual reproduction, creating a new individual
through the combination of male and female gametes. The IZUMO1 sperm membraneprotein and its counterpart oocyte receptor JUNO have been identified as essential factors
for sperm–oocyte interaction and fusion. However, the mechanism underlying their specificrecognition remains poorly defined. Here, we show the crystal structures of human
IZUMO1, JUNO and the IZUMO1–JUNO complex (Figure 3), establishing the structural

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basis for the IZUMO1–JUNO-mediated sperm–oocyte interaction. The rod-shaped structureof IZUMO1 is composed of an N-terminal α-helical IZUMO domain, a central β-hairpin
region, and the C-terminal immunoglobulin-like domain. IZUMO1 has five disulfide bonds
with ten Cys residues conserved among mammalian species, which fix the orientations of
the IZUMO and immunoglobulin-like domains relative to the central β-hairpin region.
JUNO exhibits a globular architecture stabilized by eight disulfide bonds, and has ahydrophobic pocket that corresponds to the folate binding pocket in FRs. Although most of
the hydrophobic residues involved in the interaction between FRs and folate are conservedin JUNO, JUNO does not exhibit any affinity to folate. In addition to the hydrophobic
interactions, FRβ recognizes folate pterin moiety via several polar residues, which havebeen shown to be important for folate binding in FRs. These residues are not conserved in
JUNO except for S190. Furthermore, since the side chain of W190 of JUNO exhibits
distinct conformation as FRs, the hydrophobic pocket of JUNO becomes narrower than thatof FRs. These structural differences explain why JUNO is unable to bind folate. IZUMO1JUNO exists as a 1:1 complex in the crystals (Figure 3). Structural comparison of IZUMO1and JUNO alone with those in the complex revealed that there is no major structuraldifferences upon complexation. IZUMO1 interacts with JUNO mainly via the central βhairpin region, while JUNO interacts with IZUMO1 behind the hydrophobic pocket. The
hydrophobic and van der Waals interactions together with the six hydrogen bonds comprisethe binding interface with good surface complementarity. In particular, two Trp residues in
the interface, W148 of IZUMO1 and W62 of JUNO, make major contributions to thebinding. These Trp residues are highly conserved among all species. Indeed, mutations of
the interface residues resulted in the reduced affinity. The structure of IZUMO1-JUNO
complex would represent the initial gamete recognition state and further structuralconversion of the complex might occur during fertilization. Our biochemical experimentindicated that the IZUMO1-JUNO interactions are affected by environmental factors such as
reducing conditions and pH values: the reduced condition and acidic pH diminish thebinding, which might be involved in the regulation of IZUMO1-JUNO interaction.
Meanwhile, in the subsequent process of fertilization, the mediation of unidentified factor(s)on the oocyte may also be considered. Further investigations will be required to reveal theprocesses following the initial encounter of IZUMO1 and JUNO.

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Figure 3: Structure of the IZUMO1-JUNO complex. Overall structure of the complex (a)and the binding interface (b) showing the JUNO surface (left) and IZUMO1 surface (right).

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Laboratory of Microbiology
SEKIMIZU, Kazuhisa. Professor, Biochemistry, Molecular Biology (until March 31)
KAITO, Chikara. Associate Professor, Biochemistry, Molecular Biology
HAMAMOTO, Hiroshi, Assistant Professor, Biochemistry, Molecular Biology (until March
31)
MATSUMOTO Yasuhiko. Assistant Professor, Biochemistry, Molecular Biology (until
March 31)
HORI, Shohei, Professor, Immunology, Molecular Biology (after October 1)

We identified novel antibiotics “Lysocin E” using silkworm bacteria infection model.
Kaikosin E has strong bactericidal activity. We revealed that Lysocin E has novel
mechanism and potent therapeutic effect against mouse infection model. We are now trying
to develop this antibiotic for a human clinical.

Structure of lysocin E

We utilized silkworm-infection model to identify novel virulence genes of Staphylococcus
aureus. We have identified a novel nucleoside diphosphatase named CvfE that contribute S.

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aureus virulence. Recombinant CvfE protein showed hydrolyzing activity against
nucleoside diphosphate, but not against nucleoside triphosphate and monophosphate.
Alanine substitution of catalytic residues diminished nucleoside diphophatase activity.
Expression of the mutant CvfE protein did not restore the hemolytic activity of the
cvfE-deletion mutant, whereas expression of wildtype CvfE protein restored the hemolytic
activity. These findings suggest that the novel nucleoside diphosphatase contributes to S.
aureus virulence.

Matsumoto et. al. established a novel experimental system using silkworms forevaluating postprandial hyperglycemia. Blood glucose level of silkworm fed with
diet containing sucrose was increased during 1 hour. In mammals, sucrose
decomposes into glucose and fructose by catalytic reaction with α-glycosidasein the intestine and is absorbed through the intestinal membranes, resulting inincreased blood glucose levels. The increase in blood glucose level of silkworm byintake of sucrose was inhibited by addition to diet of α-glycosidase inhibitor
such as acarbose. The result suggests that system to absorb sugar in silkworm
has a similar to that in mammals. Using the postprandial hyperglycemic
silkworm model, Lactococcus lactis #Ll-1 strain was identified as a functional
lactic acid bacterium that suppresses sucrose-induced hyperglycemia insilkworm. Heat treated #Ll-1 fraction showed inhibition against α-glycosidaseof rat. These results suggest that the postprandial hyperglycemic silkworm
model is useful for identifying lactic acid bacteria that inhibit sucrose-induced
hyperglycemia.

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Adjunct Laboratory
Laboratory of Bioorganic Chemistry
HASHIMOTO, Yuichi. Professor, Bioorganic Chemistry
ISHIKAWA, Minoru. Associate Professor, Medicinal Chemistry
FUJII, Shinya, Lecturer, Chemical Biology
YACHIDE, Tomomi, Assistant Professor, Medicinal Chemistry
YAMAGUCHI, Takao, Assistant Professor, Chemical Biology
Research topics:
The aims of this laboratory are to discover and produce new bio-active compounds based on
bio-organic and medicinal chemistry, and to use them to gain an understanding of life
phenomena. As methodology, two approaches named “multi-template approach” and“dramatype approach” are being applied.
“Multi-template approach”:
Almost all of the target molecules of bio-active compounds are proteins. There exists fifty toseventy thousands different proteins in our body. Although the number of the humanproteins are such a so large, their fold structures, i.e., three-dimensional spatial structures
ignoring chemical nature of amino acid side chains, are thought to be far better conserved inevolution than the amino acid sequences. Progress in structural biology and molecular
evolution researches concluded that, the number of the fold structure types are quite limited
to as few as approximately only one thousand. Therefore, a given single fold structure might
be characteristic of, and distributed to, 50 to 70 human proteins on average, and one might
expect that a single scaffold structure which is spatially complementary to one fold structure
might serve as a multi-template for structural development of ligands that would specificallyinteract with 50 to 70 different human proteins. The multi-template approach should beapplicable to recently evolving technique called shotgun approach and/or
polypharmacology.
“Dramatype approach”:
Many life phenomena are controlled by the expression, localization, and degradation ofproteins. Thus far, research on chemical control of the expression of proteins has succeeded
in discovering and producing various nuclear receptor ligands. At the same time, functional
molecules that regulate life phenomena through modification of proteolysis have been
designed and produced. It has become possible to destroy target proteins at any time, andthis is expected to serve as a new technique for the functional analysis of proteins withincells. Our objective is to use the tools we have discovered to elucidate the bioresponse
network. In addition, we are designing and synthesizing molecules that control the folding
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389 －

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process of proteins, in relation to possible treatment of protein-degenerative diseases,
including retinitis pigmentosa and Niemann-Pick type C disease. These diseases are caused
by mutation of specific disease-causing protein, at least in part. Sometimes the mutant
proteins are folding-defective and retained within the cell on endoplasmic reticulum. One
possible approach to treat such type of diseases would be application of pharmacologicalchaperones that facilitate folding and trafficking of folding-defective proteins. We createdseveral types of small compounds which act as pharmacological chaperones toward mutant
proteins which cause retinitis pigmentosa and Niemann-Pick type C disease. These
pharmacological chaperones, as well as small molecules which induce degradation of target
proteins (vide supra), are compounds that control dynamic structure–based
function/localization of proteins, and they will open up new domains in medicinal chemistryof bioresponse modifiers.
[A]

[B]

Fig. 1. Pharmacological Chaperone [A] and Protein Knockdown Approach [B]

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Laboratory of Molecular Pharmacokinetics
KUSUHARA, Hiroyuki. Professor, Membrane Transport (Kidney and Brain)
MAEDA, Kazuya. Lecturer, Membrane Transport (Liver)
HAYASHI, Hisamitsu. Assistant Professor, Development of a novel therapy and diagnostic method
for pediatric liver diseases
MIZUNO, Tadahaya. Project Assistant Professor, Functional characterization of orphan transporters
Research Subjects:
The pharmacokinetic properties of drugs are critical factors governing theirpharmacological/adverse effects in the body, which determine their exposure to the target molecules.
A major reason for failures in drug development is attributed to unsuitable pharmacokinetic properties,
resulting in insufficient exposure to the target. Therefore, it is important to predict the disposition of
new drug candidates particularly during the early stage of drug development, and select those with
optimal pharmacokinetic properties for further development. One of the major research interests ofthis laboratory is the development of a method to predict the disposition of drugs in the body(absorption, hepatic and renal elimination,【 In tes tine】

and distribution). As one of the determinant

Ab so rp tio nfactors of drug disposition, we have focusedon transporters which regulate the permeationof compounds with a low molecular weightacross the plasma membrane (Figure 1).
Inaddition,weare

P-g p/M DR1

M RP2 BC RP O AT Ps P EP T1 A SB T

M RP3

B loo d【 K id n ey】
P-gp/
O C T N 1/2
M R P 2/ 4OA T P sOA T 4 P E P T1 / 2
MD R1

BIlia ry e xc re tio n

Figure 1. Responsible transporters for drug disposition
Blood

in drug disposition and drug response, andinvolvingP-g p/ M RP2 B C R P B SE P
MDR1

also

transporters causing interindividual variations
interactions【 Liver】
atp1 /2/4 /NTCP OOATO CT1 O A T2MRP 3
P-C /B/ 8

O C T 1/2 O AT 1/ 3

Urinary ex cretion

investigating the genetic variations in thesedrug-drug

O AT P s

D

drug

D

I

D

KidneyLiver D
I

D
I

I
I

transporters (Figure 2). We have identified atransporter (MATE) responsible for the druginteractions with cimetidine, a well-known

D

Bile
D

I

D

I

Blood
I

Hepatocyte

★ D
★ D

代 謝酵素
I

I

Portal vein

★

D
I

I

D
D

D

D

D

I
D

I

drug which causes drug interactions in the

D
D

I

★ D
I

I

D

D

Bile

Intestine

D

D

D

I

D

代謝酵 素 D
D

I
I

D

I

D

D

D
D

I

D

I
I

I

urinary excretion of cationic drugs. As a new
approach for quantitative analysis of druginteractions, we adopted a cluster Newton

D

Feces

D
I

→Portal vein

Urine

Blood

Figure 2. Target sites of drug-drug interactions

method that provides group of solutions by taking large sets of initial values, and thereby, improving

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－
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the efficiency and reliability of the physiologically-based pharmacokinetic model analysis of druginteractions. Analysis of the drug interaction between pitavastatin and cyclosporin A was successful.
Besides the conventional drug interaction study, we propose the application of PET imaging forinvestigating the drug transporters which determine the local drug concentrations, and metabolome toidentify endogenous compounds which can be used to evaluate the drug transporter activities.
Some transporters are responsible for disease. We are starting a research to help thetherapy of such diseases through the regulation of intracellular transport and sorting of the transport
proteins. The hereditary defect of BSEP function causes progressive familial intrahepatic cholestasis
type 2 (PFIC2), which develops in childhood and leads to the end stage liver disease without livertransplantation. So far, we have found that the dysfunction of BSEP in PFIC2 patients is attributed to
the reduced BSEP expression at the cell surface, and that 4-phenylbutyrate (4PB), a
clinically-approved drug for urea cycle disorders, is a potent anti-cholestatic drug, because this agent
significantly induces the cell surface expression of BSEP (Figure 3). Now, clinical study is underway
to investigate the therapeutic effect and safety of 4PB in the patients with PFIC2.

PFIC2 patients
Blood

Healthy people
Blood

Bile acid

Hepatocyte
BSEP

Bile

4PBA treatment
Blood

Bile acid

Hepatocyte

Bile acid

Hepatocyte

BSEP

BSEP

Bile

Bile

Figure 3. Change in BSEP expression at the cell surface under intrahepatic cholestasis and
4PB-treated condition

More than 400 Solute Carrier (SLC)-type transporter genes have bene identified in humangenome, however, the physiological roles of 30% of the genes remained unknown. Thesetransporters are referred to as orphan transporter. To elucidate the function of orphan transporters
will lead to deep understanding important substances transport mechanisms in the living body. We
have started to investigate the physiological roles of orphan transporters whose expression is
induced under disease conditions. SLC-X was found as one of the genes that expression is induced
upon arteriosclerosis. Association of SLC-X expression and inflammation is now underinvestigation.

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Current research topics of our laboratory are as follows:
1. Prediction of drug disposition from in vitro data, interindividual variations in drug dispositionand drug-drug interactions using a physiologically-based pharmacokinetic model
2. Clarification of transport systems in liver, kidney and the blood-brain and blood-cerebrospinal
fluid barriers
3. Elucidating the drug-drug interaction mechanisms involving drug transporters
4. In vivo real-time pharmacokinetic analysis using PET imaging
5. Regulation of intracellular transport and sorting of transporters as a novel therapy for thetransporter-related diseases.
6. Elucidation of the physiological importance of orphan transporters

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Laboratory of Chemical Pharmacology
IKEGAYA, Yuji. Associate Professor, Neuroscience, Pharmacology
KOYAMA, Ryuta. Associate Professor, Neuroscience, Pharmacology
SASAKI, Takuya. Assistant Professor, Neuroscience, Pharmacology
NAKASHIMA, Ai. Assistant Professor, Neuroscience, Pharmacology
Research Topics:
We have focused our research on the pharmacological analysis of the central nervous system,with a goal of understanding brain functions using pharmaceutical agents as tools.
Historically a number of effective drugs for brain diseases were found accidentally before
the detailed analysis of diseases. Analyses of these drugs have led to an understanding of theactual cause of these diseases. Therefore, it makes sense to apply various pharmacologicaldrugs to analyze brain functions. Furthermore, in order to understand brain function, it isnecessary to combine information of whole animal with cellular and molecular data. The
following are our current research topics.
1. Functional organization of flash-induced V1 offline reactivation
The primary visual cortex exhibits a late, long response with a latency of >300 ms and an
immediate early response that occurs ∼ 100 ms after a visual stimulus. The late responseis thought to contribute to visual functions such as sensory perception, iconic memory,
working memory, and forming connections between temporally separated stimuli.
However, how the visual late response is generated and organized is not completely
understood. In the mouse primary visual cortex in vivo, we isolated long-delayed
responses by using a brief light-flash stimulus for which the stimulus late response
occurred long after the stimulus offset and was not contaminated by the instantaneous
response evoked by the stimulus. Using whole-cell patch-clamp recordings, wedemonstrated that the late rebound response was shaped by a net-balanced increase inexcitatory and inhibitory synaptic conductances, whereas transient imbalances werecaused by intermittent inhibitory barrage. In contrast to the common assumption that the
neocortical late response reflects a feedback signal from the downstream higher-ordercortical areas, our pharmacological and optogenetic analyses demonstrated that the late
responses likely have a thalamic origin. Therefore, the late component of asensory-evoked cortical response should be interpreted with caution.
2. A Computationally Efficient Filter for Reducing Shot Noise in Low S/N Data
Functional multineuron calcium imaging (fMCI) provides a useful experimental platform
to simultaneously capture the spatiotemporal patterns of neuronal activity from a large
cell population in situ. However, fMCI often suffers from low signal-to-noise ratios (S/N).
The main factor that causes the low S/N is shot noise that arises from photon detectors.
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Here, we propose a new denoising procedure, termed the Okada filter, which is designed
to reduce shot noise under low S/N conditions, such as fMCI. The core idea of the Okada
filter is to replace the fluorescence intensity value of a given frame time with the averageof two values at the preceding and following frames unless the focused value is themedian among these three values. This process is iterated serially throughout atime-series vector. In fMCI data of hippocampal neurons, the Okada filter rapidly reduces
background noise and significantly improves the S/N. The Okada filter is also applicablefor reducing shot noise in electrophysiological data and photographs. Finally, the Okada
filter can be described using a single continuous differentiable equation based on thelogistic function and is thus mathematically tractable.
3. Microglia engulf viable newborn cells in the adult brain
Microglia, the brain’s resident immune cells, engulf dead neural progenitor cells during
adult neurogenesis in the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus (DG). The numberof newborn cells in the SGZ increases significantly after status epilepticus (SE), butwhether and how microglia regulate the number of newborn cells after SE remain unclear.
Here, we show that microglia rapidly eliminate newborn cells after SE by primaryphagocytosis, a process by which viable cells are engulfed, thereby regulating thenumber of newborn cells that are incorporated into the DG. The number of newborn cells
in the DG was increased at 5 days after SE in the adult mouse brain but rapidly decreased
to the control levels within a week. During this period, microglia in the DG were highly
active and engulfed newborn cells. We found that the majority of engulfed newborn cells
were caspase-negative viable cells. Finally, inactivation of microglia with minocycline
maintained the increase in the number of newborn cells after SE. Furthermore,
minocycline treatment after SE induced the emergence of hilar ectopic granule cells.
Thus, our findings suggest that microglia may contribute to homeostasis of the dentate
neurogenic niche by eliminating excess newborn cells after SE via primary phagocytosis.
4. Hippocampal place codes for goal-directed behavior in a two-dimensional open field
Hippocampal place cells show strong goal-directed tuning within their place fields when
animals engage in goal-directed behavior. To address the detailed characteristics ofgoal-directed tuning, spiking patterns of hippocampal cells were recorded while rats
performed a goal-directed task where rats were required to run toward a light-cued goal
port to obtain a reward in an open field. Enhancing the degree of freedom of moving
directions by utilizing the two-dimensional space allowed us to analyze animal’s
trajectories from various provenance toward goals. A population of hippocampal cells
increased their firing rates when the rats approached to a specific goal port, termedgoal-directed cells. When switched to the pseudo-random foraging task where the rats
freely searched randomly scattered reward in the same field, some of the goal-directed
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cells fired at the identical locations, termed non-remapped cells, whereas the others
exhibited highly differentiated firing fields in the two contexts, termed remapped cells. In
the foraging task, the non-remapped cells more strongly fired as the rats passed throughthe place field at higher running speed toward the previous goal port, indicating thatgoal-directed signals are integrated onto spatial firing of these cells. These results
demonstrate that there are distinct types of hippocampal cell ensembles for encoding
goal-directed behavioral contexts.
5. Neural map formation in the mouse olfactory system
In the mouse olfactory system, olfactory receptors (ORs) expressed in olfactory sensory
neurons (OSNs) instruct axon sorting to form discrete glomeruli. Evidence has
accumulated that OR identity is represented as a combinatorial expression ofaxon-sorting molecules at OSN axon termini through spontaneous neural activity.
However, it remains unclear how different ORs generate different expression patterns ofaxon-sorting molecules. Here we have applied genetic approaches to explore regulatory
mechanisms underlying their expressions. We conducted Calcium imaging using
GCaMP6f sensor to monitor spontaneous activities of developing olfactory neurons. It
was found that OSNs expressing the same OR exhibited similar patterns of calcium
transients. However, cross-correlation analysis revealed that calcium events between
OSNs expressing the same OR were not synchronized. Furthermore, optogenetic
manipulation of neural activity showed that different patterns of neural activity induced
the expression of different axon-sorting molecules. These results indicate that temporal
patterns of spontaneous activity, which are correlated with expressed OR types, areimportant to generate the combinatorial expressions of axon-sorting molecules for the
OR-specific axon sorting.

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Laboratory of Clinical Pharmacokinetics
SUZUKI, Hiroshi. Professor, Clinical Pharmacokinetics/Dynamics
TAKADA, Tappei. Lecturer, Clinical Pharmaceutical Sciences
AMEMIYA, Takahiro. Research Associate, Clinical Pharmaceutical Sciences
IKEBUCHI, Yuki. Research Associate, Clinical Pharmaceutical Sciences
OHNO, Yoshiyuki. Research Associate, Clinical Pharmacokinetics, Drug Information
KARIYA, Yoshiaki. Research Associate, Clinical Pharmaceutical Sciences
TAKAYAMA, Kazuo. Research Associate, Clinical Pharmaceutics, Drug Information
MAYUZUMI, Tomoko. Research Associate, Clinical Pharmaceutics, Drug Information
YAMANASHI, Yoshihide. Research Associate, Clinical Pharmaceutical Sciences
TOYODA, Yu. Project Research Associate, Clinical Pharmaceutical Sciences
HONMA, Masashi. Project Associate Professor, Clinical Pharmaceutical Sciences
Research Subjects:
It is evident that molecular function of one element cannot always be assigned to only
one function at the whole body level, because one to one simple correspondence is notcommon in our body. It is also true that the understanding of the relationship between adrug and its ultimate target is not sufficient to predict the pharmacological/toxicologicaleffects. We need to understand not only detailed molecular machinery of drug target, butalso its environment surrounding the target (ex. other associated proteins, signaling
molecules, etc.), where and when it works, and finally how it behaves as functional unit inour body. This is a basic idea trying to understand “living body” as “system”. By further
promoting this idea to “system pharmacology”, we will be able to identify molecular targets
which are related to the pharmacological/toxicological output in clinical situations or evenat early drug development stage. Based on this concept, following projects are now
ongoing:
1. Elucidation of molecular mechanisms which controls in vivo disposition of lipids /vitamins / urate, and establishment of new therapy for lifestyle-related diseases based onthese integrated understanding.
2. Elucidation of dynamic regulatory mechanisms of bone resorption / bone formation, andestablishment of new therapy for bone metabolic disease based on those integrated
understanding.
3. Establishment of the way to quantitative understanding and prediction of pharmacologicaland adverse effects of drugs directed against particular molecular target. Finally, these
outputs would be feedbacked to early drug development stages.

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4. Elucidation of molecular mechanisms related to adverse effects of drugs using large-scale“-omics“ analysis. Finally, the quantitative information would be applied to develop
strategies to prevent / treat the adverse effects.
5. Establishment of simple methods for systematic prediction of drug-drug interactions(DDIs) for more than thousands combinations of drugs based on information available
from in vivo clinical studies. The method is applicable to the adjustment of dose regimens
in actual pharmacotherapy. Furthermore, we developed pharmacokinetic interaction
severity classification system (PISCS) which can be used to improve descriptions in the
drug labeling with regard to DDIs by utilizing our in vivo-based prediction method.

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Laboratory of Pharmaceutical Regulation and Sciences
FUJIWARA, Yasuhiro. Affiliate Professor (also Strategic Oncology Bureau, National
Cancer Research Center)
ONO, Shunsuke. Associate Professor, pharmaceutical regulation
Established in 2004, our missions are to conduct research on pharmaceutical regulation
and also to develop human resources in the area of pharmaceutical R&D. The scope of
research in this laboratory covers a broad range of topics, including clinical evaluation,
pharmacoepidemiology, health economics, and regulation.
Research Topics:
1. Performance of pharmaceutical regulation in Japan
2. Drug safety and regulatory measures
3. Clinical development and drug pricing in Japan
4. Clinical evaluation on adverse drug reactions and adverse events
5. Decisions on indication changes during approval process
6. Pricing mechanism for new drugs
7. Clinical development in global pespective
8. Risk-benefit evaluation methodologies
A unique feature of this laboratory is training programs which aim to develop humanresources in pharmaceutical sectors. We hold courses of lectures and self-oriented
educational opportunities aimed mainly at industry and regulators (RC; regular course, andIC; intensive course), in addition to a set of lectures for graduate and undergraduate
students.

Academia

Industry

Administration(1) Regular Course (RC)A half-year course open for reviewers and the industry. This
course provides attendees with up-to-date knowledge on
global guidelines, statistics and data management
methodology, and other topics that are of importance fordrug development and evaluation.
(2) Intensive Course (IC)The Intensive Course (IC) is a 1 or 2-day intensive educationalcourse, held 1-2 times annually(3)Graduate School Lecture (GSL)
The 15 lectures are designed to teach students and researchers
adequate evaluation of drugs, and to recognize how
pharmaceutical sciences works in developing new and efficient
drugs that should benefit healthcare.

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目次へ◆ Graduate Program for Leaders in Life Innovation (GPLLI) Laboratory ◆Masaru Kato, (Ph.D., University of Tokyo, 1999), Project Associate Professor
Research Outlines:
Cell viability requires cellular reactions that are controlled by various endogenous
molecules. Proteins are key molecules that control cellular reactions; therefore, manystudies have used alteration of protein activity or levels within cells to elucidate cellular
reactions or control and modify cellular functions.
1. Control of protein activity within cell using photoresponsive nanoparticles
We have developed the “PARCEL” method for controlling protein function by lightstimuli using a photodegradable gel. In this method, protein function is inhibited byenveloping the protein in a gel mesh structure; protein function is restored by its release
following irradiation-induced gel collapse. Since the protein is physically and notchemically trapped by the gel, this method can be used to control the function of various
types of proteins. Furthermore, the main component of the gel is polyethyleneglycol (PEG),
a biocompatible compound of low toxicity. Hence, the gel could potentially be used tocontrol protein activity within the cell and to examine the effects of the surrounding
environment, localization, and quantity on protein function; research topics that are of broadand current interest in the field of biochemistry. We have applied the PARCEL method forcontrolling protein function within cells by fabricating gel nanoparticles and havesuccessfully regulated the timing and position of protein release within the cell bycontrolling irradiation timing and location. However, up till now, we had not controlled theamount of released protein using the PARCEL method. In this year, we attempted toregulate the amount of protein released within the cell by modulating the amount of protein(caspase)-encapsulated nanoparticles in the cells.
The size and shape of the photodegradable nanoparticles prior to- and post irradiation
were measured using three methods (dynamic light scattering (DLS), transmission electron
microscope (TEM), and atomic force microscope (AFM); Fig. 1). The results from all threemethods indicated that the size of the nanoparticles prior to irradiation was approximately
20 nm; the spherical structure was confirmed by both TEM and AFM. The disappearance ofthe 20 nm-sized-nanoparticles following irradiation was confirmed by all measurement
methods (Fig. 1 right side) and several smaller degradates were detected by TEM and AFM.
The DLS results indicated that the main nanoparticle peak shifted to a smaller size and a
new peak of approximately 80-100 nm appeared. This new peak is thought to haveoriginated from degradate aggregates. These results indicate that 20 nm-sized
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photodegradable nanoparticles werecreated using this procedure andthat the nanoparticles collapsed
following irradiation.
Next, we attempted torelease proteins from nanoparticles
within cells using the PARCEL
method. Caspase was chosen as a
typical protein for encapsulation
since it is a known multifunctional
endogenous protein in cells. We
found that the nanoparticles wereinternalized by the cells when
prepared with a 10% polyamine(DAB-Ac) solution. Nanoparticles
Fig. 1 DLS, TEM, and AFM measurements of the nanoparticles
prepared with polyamine wereprior to and post irradiation. Scale bar = 100 mm.
internalized by the cells via
clathrin-mediated endocytosis andrapidly escaped from the endosome. The released nanoparticles were distributed throughout
the cytosol. Based on these findings, we hypothesized that controlled release of caspase bylight stimuli could be achieved if caspase-encapsulated nanoparticles were added to theculture medium. A fluorogenic substitute of caspase, CR(DEVD)2, was used for detection of
caspase release from the nanoparticles and the nuclei were stained with Hoechst 33342.
Cells treated with caspase-encapsulated nanoparticles exhibited stronger fluorescence thanthose treated with non-encapsulated nanoparticles; although a weak red CR(DEVD)2hydrolysate-derived fluorescence signal was detected in cells treated with non-encapsulated
nanoparticles post irradiation. The total caspase in the cells treated with non-encapsulated
nanoparticles comprised steady-state quantities and endogenous caspase released in
response to external stimuli (nanoparticle internalization and light irradiation). The amountof nanoparticle-released caspase increased in cells treated with caspase-encapsulated
nanoparticles. Therefore, the difference in fluorescence intensity was due to exogenous
caspase originating from the nanoparticles. This result indicates that controlled release of
caspase within cells was achieved using the PARCEL method.
In this study, we successfully controlled the amount of caspase released within cells
using the PARCEL method. Although protein function within the cell is regulated by
activation level, location, and position, to date, no simple technique has been developed for
non-invasively controlling protein activation within the cell, thus hindering detailed study ofprotein function within the cell. The PARCEL method is thus a useful technique forelucidating protein function within cells or regulation of cellular processes.
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Education Center for Clinical Pharmacy
ARAI, Hiroyuki. Professor
ICHIJO, Hidenori. Professor
SAWADA, Yasufumi. Visiting Professor
TOMITA, Taisuke. Professor
SUZUKI, Hiroshi. Professor
SANTA, Tomofumi. Project Professor
YAMAMOTO, Takehito. Lecturer
Education Center for Medical Pharmaceutics is in charge of the in-house clinicalpharmacy education for the undergraduates, and practice for clinical pharmacy incommunity and hospital settings. The center also provides pharmaceutical common
achievement tests (PhCAT) for students who have finished their in-house clinicaltraining. PhCAT is the examination to evaluate the basic abilities of students required
in on-site practice for clinical pharmacy, and is made up of Computer-Based Testing(CBT) to assess student’s knowledge and Objective Structured Clinical Examination(OSCE) to assess student’s skills and attitude.
In 2016, seven students completed PhCAT, and practice for clinical pharmacy in a
pharmacy and in a hospital pharmacy.

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東京大学大学院薬学系研究科

研 究・教 育 年 報
第 ２１ 巻
平成 29 年９月１日
発

発行

行：東京大学大学院薬学系研究科〒113－0033

文京区本郷 7 - 3 - 1

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