2022 年 2 ⽉ 16 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学
学校法⼈東京薬科⼤学
国⽴研究開発法⼈理化学研究所
国⽴研究開発法⼈⽇本医療研究開発機構

昆⾍ホルモンの⽣合成を撹乱する蚊の発育阻害剤の発⾒〜環境に優しい農薬の開発に向けて〜
地球上で最も多くのヒトを殺す⽣物は、蚊です。現在、マラリアやデング熱など、蚊が媒介する重篤な感染症による死者は、世界中で年間 70 万⼈にも上ります。これらの感染症に対する防衛策として、蚊を殺したり、あるいは蚊の成⻑を阻害する薬剤の使⽤は⽋かせません。しかしながら、既存の殺蚊剤に対して抵抗性を⽰す蚊の出現が確認されています。そのため、単⼀の薬剤に過剰に頼るのではなく、作⽤機序の異なる複数の薬剤をローテーションして使⽤することで、薬剤抵抗性の出現を回避する戦略が不可⽋です。
害⾍に対する⾼い殺⾍能や成⻑阻害能を⽰しながら、昆⾍以外の⽣物に対する作⽤がない薬剤として、昆⾍特有の⽣命現象を撹乱する「昆⾍成⻑制御剤」があります。その⼀つとして、昆⾍の脱⽪と変態を司る昆⾍ステロイドホルモン「エクジステロイド」の働きを撹乱する薬剤が注⽬されています。
本研究チームは、エクジステロイド⽣合成に必要な酵素「Noppera-bo」に焦点を当て、デング熱、⻩熱、ジカウイルス感染症を媒介するネッタイシマカ由来の Noppera-bo の活性を阻害する薬剤を探索しました。その結果、植物の⼆次代謝物としてよく知られるフラボノイド化合物であるデスメチルグリシテインが極めて有効であることを発⾒し、さらに X 線結晶構造解析によって分⼦レベルでの作⽤機序の解明に成功しました。加えて、デスメチルグリシテインが、ネッタイシマカ幼⾍の発育を阻害することも⾒いだしました。
今回の研究成果により、環境負荷が少なく効果の⾼い殺蚊剤の開発が期待されます。

研究代表者
筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター
丹⽻ 隆介 教授
東京薬科⼤学 ⽣命科学部
藤川 雄太 助教
理化学研究所 ⽣命機能科学研究センター 制御分⼦設計研究チーム
本間 光貴 チームリーダー!
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研究の背景国際保健機関（WHO）や国連教育科学⽂化機関（UNESCO）の推計によると、マラリアやデング熱など、蚊が媒介する重篤な感染症による死者は世界中で年間 70 万⼈にも上ります。
蚊によって媒介される感染症に対する防衛策の⼀つは、殺⾍剤の使⽤です。しかしながら、既存殺蚊剤に対して抵抗性を⽰す蚊の出現が確認されており、その有効性は永続的ではありません。そのため、単⼀の薬剤に過剰に頼るのではなく、作⽤機序の異なる複数の薬剤をローテーションして使⽤することで、薬剤抵抗性の出現を回避する戦略が不可⽋です。それには、化学構造や作⽤機序が異なる薬剤を、継続的に開発することが求められます。
害⾍に対する⾼い殺⾍能や成⻑阻害能を⽰しつつ、昆⾍以外の⽣物に対する副作⽤がない薬剤として、昆⾍特有の⽣命現象を撹乱する「昆⾍成⻑制御剤」があります。その⼀つとして、昆⾍の脱⽪と変態を司る昆⾍ステロイドホルモン「エクジステロイド」の働きを撹乱する薬剤が古くから注⽬されています。エクジステロイドの⽣合成を阻害する⽅法も考えられますが、その実現のためにはエクジステロイド⽣合成酵素注 1）の同定が必要です。
本研究チームでは、これまでに、Noppera-bo（略称 Nobo）注 2）と名づけられた⽣合成酵素（タンパク質）を同定しています（参考図 A）。Nobo は、進化的に、蚊を含むハエ⽬昆⾍とチョウ⽬昆⾍のみに保存されており、特定の昆⾍のみに殺⾍効果を⽰す選択的殺⾍剤への応⽤にも好適と考えられることから、その酵素活性を阻害する薬剤の探索を進めてきました。また、これに伴い、１万種類の化合物を１⽇で探索できる技術を確⽴しています。
研究内容と成果
本研究では、デング熱、⻩熱、ジカウイルス感染症などを媒介するネッタイシマカの Nobo（以下 AeNobo）を阻害する化合物を探索しました。上述の探索技術を活⽤し、東京⼤学創薬機構が保有する 9,600 種類の化合物ライブラリーの中から AeNobo 阻害活性を網羅的に探索し、植物の⼆次代謝産物注 3）としてよく知られているフラボノイド化合物を同定しました。また、市販品として容易に⼊⼿できた複数のフラボノイド化合物についても検討したところ、試験した半数以上のフラボノイド化合物に AeNobo 阻害活性が認められました。
次に、⾼エネルギー加速機研究機構の放射光実験施設フォトンファクトリーを使⽤した X 線結晶構造解析注４）によって、AeNobo タンパク質とフラボノイド化合物が分⼦レベルでどのように相互作⽤するのかを検討しました。その結果、試験したフラボノイド化合物のうち、ゲニステイン（genistein）とダイゼイン（daidzein）という２種類について、AeNobo とのタンパク質-分⼦複合体構造を解明することに成功しました。そして、それらのいずれについても、AeNobo タンパク質を構成するアミノ酸のうち、113番⽬のアスパラギン酸残基との間で形成される⽔素結合や、39 番⽬のフェニルアラニン残基との間で形成される分⼦間の引⼒が、フラボノイド化合物の阻害活性の発揮に重要であることを⾒いだしました。これらの相互作⽤様式は、分⼦動⼒学シミュレーション注５）による計算科学⼿法によっても⽀持されました。
さらに、AeNobo との⽔素結合や引⼒をより強めることができるフラボノイド化合物を探索したところ、デスメチルグリシテイン（正式名称 4′,6,7-トリヒドロキシイソフラボン）という化合物が、⾮常に強い AeNobo 阻害活性を持つことが明らかになりました（参考図 B）。これを⽤いてネッタイシマカの若齢幼⾍を処理したところ、0.001％程度という低い濃度でも、幼⾍発育を顕著に阻害できる活性があることが分かりました。

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ゲニステインやダイゼインに蚊の幼⾍に対する発育阻害効果があることは、以前から知られていましたが、その阻害効果がどのような分⼦メカニズムによってもたらされているのかは、分かっていませんでした。本研究により、その作⽤機序の⼀端が初めて解明されました。
なお、ゲニステインやダイゼインは、哺乳類の⼥性ホルモン様の活性を持っています。⼥性ホルモン様活性物質は内分泌撹乱物質（いわゆる「環境ホルモン」）になる可能性があるため、殺幼⾍活性があったとしても野外に散布することはできません。その点、デスメチルグリシテインは⼥性ホルモン様活性を持たず、環境調和型昆⾍成⻑制御剤として優れているといえます。
今後の展開
今回、エクジステロイド⽣合成を阻害する化合物が、ネッタイシマカの幼⾍発育を阻害する昆⾍成⻑制御剤となり得ることが初めて⽰されました。⼀⽅で、これらの化合物の活性は、すでに⽤いられている昆⾍成⻑制御剤や殺蚊剤と⽐べるとまだ低く、デスメチルグリシテインをベースに、より⾼い活性を有する化合物の開発や、別の化学構造を持つ⾼活性化合物の探索を継続する必要があります。本研究チームでは、今後、こうした化合物についても、今回と同様の⼿法を⽤いた研究を進める予定であり、これにより、実⽤的な昆⾍成⻑制御剤の開発につながることが期待されます。
参考図

図 Noppera-bo の機能とデスメチルグリシテインの作⽤の模式図（Ａ）Noppera-bo は、⾷餌から摂取したコレステロールからエクジステロイドを⽣合成する過程に関与する。活性型のエクジステロイドや、昆⾍の脱⽪や変態、そして⽻化に必須である。
（Ｂ）本研究で⾒出したデスメチルグリシテインというフラボノイド化合物は、ネッタイシマカ Noppera-bo タンパク質の内部に⼊り込み、酵素活性を阻害する。その結果、エクジステロイド⽣合成量が低下し、蚊の発育が阻害されると考えられる。

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⽤語解説
注１）⽣合成酵素
⽣物が、その構成成分となる⽣体分⼦を、⾷物などから得た原材料を元に作り出す過程を「⽣合成」といい、⽣合成酵素は、⽣合成に必要な化学反応を触媒するタンパク質を指す。コレステロールから活性型エクジステロイドを⽣合成するためには、少なくとも 9 種類の酵素が必要であると考えられている。
注２）Noppera-bo
ハエ⽬昆⾍とチョウ⽬昆⾍で必須の役割を果たすエクジステロイド⽣合成酵素の⼀つ。グルタチオン

S-転移酵素と呼ばれる⼀群のタンパク質ファミリーに属する。Noppera-bo の名前の由来は、このタンパク質の機能が完全に失われたショウジョウバエでは、本来胚で発達するべき表⽪の構造が形成されずに「ツルツル」の⾒た⽬になるため。
注３）⼆次代謝産物
⽣物の体に存在する物質は、さまざまな化学反応を経て多様な物質へと変化する。この変化の過程を代謝という。⽣体内の代謝された物質のうち、⽣物体を構成維持する上で必要な物質を⼀次代謝産物、⽣存に必ずしも必須ではない物質を⼆次代謝産物と呼ぶ。微⽣物や植物は多様な⼆次代謝産物を産⽣することが知られており、これらの中には医薬品をはじめ有益な物質が多くある。
注４）X 線結晶構造解析
結晶中の原⼦および分⼦の配置を決定する解析のこと。結晶に X 線ビームを当てた際に⽣じる回折の情報に基づいて、結晶の構造を決定することができる。⽣命科学においては、結晶化させたタンパク質を X 線結晶構造解析に⽤いることで、タンパク質の３次元の形状や、タンパク質と低分⼦化合物との相互作⽤を分⼦レベルで解明することができる。
注５）分⼦動⼒学シミュレーション
原⼦ならびに分⼦の物理的な動きのコンピューターシミュレーション⼿法。原⼦や分⼦の相互作⽤を古典⼒学におけるニュートンの運動⽅程式を数値的に解析することにより、空間中における原⼦や分⼦の位置の時間的変化（動的変化）をシミュレーションすることができる。
研究資⾦
本研究は、⽇本医療研究開発機構（AMED）創薬等ライフサイエンス研究⽀援基盤事業（BINDS）（課
題番号 JP21am0101071、JP21am0101086、JP21am0101113、JP21am0101114；⽀援番号 1290、2145、2528、2966）、⽇本学術振興会科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究「エクジステロイド⽣合成に関わる新規酵素に着⽬した昆⾍発育制御剤スクリーニング戦略」（研究費番号 15K14719、研究期間：2015〜2017年度）、挑戦的研究（萌芽）「構造⽣物学的着想に基づく昆⾍グルタチオン S-転移酵素 Nobo の内在性基質の同定」（研究費番号 18K19163、研究期間 2018〜2019 年度）、基盤研究（A）「微⽣物を介した植物の間接誘導防衛機構の解明にもとづく次世代昆⾍制御物質の創出」（研究費番号 17H01472、研究機関 2017〜2020 年度）、令和 3 年度群⾺⼤学⽣体調節研究所・内分泌・代謝学共同研究拠点、⽂部科学省私⽴⼤学研究ブランディング事業、および⾼エネルギー加速器研究機構⼤学院⽣研究フェローシップ（研究期間：2018〜2020 年度）の⽀援により実施されました。

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掲載論⽂
【題 名】 Molecular action of larvicidal flavonoids on ecdysteroidogenic glutathione S-transferase
Noppera-bo in Aedes aegypt（ネッタイシマカのエクジステロイド⽣合成に関与するグルタチオン S-転移酵素 Nopperabo に作⽤するフラボノイドの殺幼⾍活性の分⼦作⽤）【著者名】 Kazue Inaba（稲葉 和恵、筑波⼤学 ⼤学院⽣命環境科学研究科 博⼠後期課程（当時））、Kana Ebihara（海⽼原 佳奈、筑波⼤学 ⼤学院理⼯情報⽣命学術院 博⼠後期課程）、MikiSenda（千⽥ 美紀、⾼エネルギー加速器研究 機構物質科学研究所 助教）、RyunosukeYoshino（吉野 ⿓ノ介、筑波⼤学 医学医療系 助教）、Chisako Sakuma（佐久間知佐⼦、東京慈恵会医科⼤学 医学部 助教）、Kotaro Koiwai（⼩祝 孝太郎、⾼エネルギー加速器研
究 機構物質科学研究所 研究員（当時））、Daisuke Takaya（髙⾕ ⼤輔、理化学研究所 ⽣
命機能科学研究センター 研究員）、Chiduru Watanabe（渡邉 千鶴、理化学研究所 ⽣命機能科学研究センター 研究員）、Akira Watanabe（渡邊 瑛、筑波⼤学 ⼤学院理⼯情報⽣命学術院 修⼠課程）、Yusuke Kawashima（川嶋 裕介、星薬科⼤学 薬学部 特任助⼿（当時））、Kaori Fukuzawa（福澤 薫、星薬科⼤学 薬学部 准教授）、Riyo Imamura（今村 理世、東京⼤学 創薬機構 特任講師）、Hirotatsu Kojima（⼩島 宏建、東京⼤学 創薬機構 特任教授）、Takayoshi Okabe（岡部 隆義、東京⼤学 創薬機構 特任教授）、Nozomi Uemura（上村 望、国⽴感染症研究所 昆⾍医科学部 研究員）、Shinji Kasai（葛⻄ 真治、国⽴感染症研究所 昆⾍医科学部 部⻑）、Hirotaka Kanuka（嘉糠 洋陸、東京慈恵会医科⼤学 医学部 教授）、Takashi Nishimura（⻄村 隆史、群⾺⼤学 ⽣体調節研究所 教授）、Kodai Watanabe（渡邉幸⼤、東京薬科⼤学 ⽣命科学部 修⼠課程（当時））、Hideshi Inoue（井上 英史、東京薬科⼤学 ⽣命科学部 教授）、Yuuta Fujikawa（藤川 雄太、東京薬科⼤学 ⽣命科学部 助教）、Teruki Honma（本間 光貴、理化学研究所 ⽣命機能科学研究センター チームリーダー）、Takatsugu Hirokawa（広川 貴次、筑波⼤学 医学医療系 教授）、Toshiya Senda（千⽥ 俊哉、⾼エネルギー加速器研究機構物質科学研究所 教授）、Ryusuke Niwa（丹⽻ 隆介、筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター 教授、⾼エネルギー加速器研究機構 物質科学研究所客員教授）【掲載誌】 BMC Biology【掲載⽇】 2022 年 2 ⽉ 17 ⽇
【DOI】

10.1186/s12915-022-01233-2

問合わせ先【研究に関すること】
丹⽻ 隆介（にわ りゅうすけ）
筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター 教授
URL: https://sites.google.com/view/niwa-lab-tsukuba/home【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp
5東京薬科⼤学広報課
TEL: 042-676-6711
E-mail: kouhouka@toyaku.ac.jp
理化学研究所広報室 報道担当
E-mail: ex-press@riken.jp【AMED事業に関すること】
⽇本医療研究開発機構（AMED）
創薬等ライフサイエンス研究⽀援基盤事業（BINDS）
創薬事業部 医薬品研究開発課
TEL：03-6870-2219
E-mail：20-DDLSG-16@amed.go.jp

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