実績報告:硬蛋白質利用研究施設

基礎研究部門

硬蛋白質とこれに関連する生体高分子の特性と生物機能を、細胞、組織、臓器、個体レベルで分子生物学的、細胞生物学的に解析し、新しい生物機能をもつ有用素材開発や生体機能制御をめざした基礎研究を中心に研究活動を推進している。現在3つのテーマを主に展開している。

1. バイオアッセイ系としての三次元培養皮膚モデルの確立とその応用

(1)屈曲負荷刺激による真皮モデルの形状ならびに細胞活性に及ぼす影響
新たに開発した屈曲負荷装置を用いて連続負荷培養すると、収縮コラーゲンゲル内部のコラーゲン線維と線維芽細胞の配向性に特徴的な変化が観察された。また、この負荷により収縮ゲルの更なる高密度化が観察されたが、これは線維芽細胞のゲル収縮活性が促進されたためであることが分かった。メカニカルストレスの促進効果について作用機序を解析中である。

(2)三次元培養皮膚モデルのバイオアッセイ系としての活用研究
ゼラチナーゼ阻害剤とプラスミン阻害剤の添加により、生体に類似した三次元培養皮膚モデルを再現性よく作製する方法を確立することができた。この系を用い、表皮−真皮相互作用研究を行ったところ、表皮層の存在により、真皮層の線維芽細胞ではMMP-1など分解系の遺伝子発現が促進され、COL1A1など合成系の遺伝子発現が抑制されることが示された。

2. 細胞外マトリックスおよび細胞骨格遺伝子発現制御機構の解明

(1)細胞分化過程における細胞外マトリックス、細胞骨格遺伝子発現制御機構の解析
マウス胚性腫瘍細胞株P19におけるレチノイン酸依存性の神経細胞分化に伴うクラスIIIβ-チューブリン発現制御においてAP-1、Sp1並びにCDPファミリーのホメオボックスの関与が示唆された。また、イヌ腎由来MDCK細胞株におけるTNFα依存性のMMP-9 遺伝子発現刺激において、NFκBファミリーに加えてSTATの関与が示唆された。

(2)運動器疾患の分子マーカー検索のための分子生物学的、生化学的研究
ウマ浅指屈腱炎組織におけるマトリックス分解活性について検討したところ、屈腱炎抽出物中には活性型コラゲナーゼ、前駆体並びに活性型MMP-2および前駆体MMP-9並びにヒアルロン酸並びにコンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸分解活性が観察された。このことから、屈腱炎発症に伴う組織破壊あるいはその治癒過程においてコラーゲン分解系が重要な働きをしているものと考えられた。

3. 細胞外マトリックス調節因子としてのTGF-βファミリーの役割とその結合蛋白質の利用に関する研究

(1)有用なTGF-βスーパーファミリーアンタゴニストの開発
TGF-βスーパーファミリーは細胞外マトリックスの発現調節に重要な役割を果たしていることが知られており、その作用を調節する技術が確立できればマトリックス発現異常疾患の治療など、医学・獣医学分野における有用性は極めて大きい。そこでTGF-βスーパーファミリー結合蛋白質であるフォリスタチンファミリーの構造を基に、有用なTGF-βスーパーファミリーアンタゴニストの開発を試みた。その結果、ドメイン単位で発現させた組み替え型蛋白質がTGF-βスーパーファミリーに属するアクチビンに対する結合活性を持つことが確認された。

(2)皮膚創傷治癒におけるアクチビンの役割
マウスの皮膚創傷治癒時にアクチビンの発現が増加することから、アクチビンの増加が創傷治癒時の細胞外マトリックス発現変化に関与している可能性が示唆された。

皮革研究部門

硬蛋白質および関連生体高分子の構造と機能解析を基盤とした有用素材化技術、皮革等動物資源由来および関連物製造における新規利用技術、環境保全・保健対策技術の開発に関する研究を行っている。このような観点から、関係大学、公設試および企業との共同研究を積極的に展開している。平成19年度は、大学発事業創出実用化開発費助成事業(マッチングファンド)に2課題の継続研究を行っている。

1. 皮革関連事業について

大学発事業創出実用化開発費助成事業採択課題「皮革製造副産物の再利用に関する研究開発」において、クロムなめし革の裁断屑の再利用のための研究をスタートさせた。本事業は、特願2005-28244「皮革改質剤」の実用化研究であり、都立皮革技術センターとの共同研究で、資金提供者として大阪化成品(株)、(株)岐阜アグリフーズ、(株)福栄肥料が参画している。

2. 羽毛リサイクル研究について

平成16~17年度に新規産業創造技術開発費補助金(エネルギー使用の合理化に資するもの)採択事業「羽毛寝具リサイクル品からの化粧品原料製造に関する実用化研究」として㈱東洋羽毛工業の白河工場に加水分解ケラチン実験棟を新設し、実用化に向けた研究を行っている。現在も共同研究を継続中であり、本年度末から試験販売を開始した。また、ケラチンの可溶化研究の一環として、帝京大学医真菌研究所との共同研究を進めている。

3. サメの高付加価値化に関する研究について

独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) 平成13~15年 産業技術研究助成事業採択課題「廃棄物ゼロを目指したサメの有効利用」において、サメの全てを有効利用するための基礎研究を行い、平成17年度で大学発事業創出実用化開発費助成事業(事前調査)採択課題「フカ肉を原料とした高付加価値食品の開発」(資金提供事業者、(株)中華・高橋)において、フカ肉の食理機能に関する研究を始めた。その成果をもとに、平成18年度大学発事業創出実用化開発費助成事業採択課題「サメの高付加価値化に関する研究開発」(資金提供事業者、(株)中華・高橋、(株)ホソカワ粉体技術研究所)においてサメ全体を利用するための実用化研究に取り組んでいる。その成果として、PCT/JP2008/000079「骨粗鬆症の予防又は改善剤」を出願した。

4. 機能性食品や化粧品原料の効果・効能研究について

機能性食品や化粧品原料の効果・効能を明らかにする目的で、動物モデルを用いた評価系の確立、機能性食品素材の効果について研究を行った。平成19年度は共同研究として、(株)資生堂H&BC、甲陽ケミカル(株)と行っている。また、アメリカの機能性食品の製造・販売企業であるAIPD社、シンガポールに本社のあるDenis Freres社との共同研究契約を締結し、機能性食品の骨粗鬆症モデル動物での評価研究および未利用魚の高付加価値化に関する研究を行った。

5. 運動器疾患における機能性食品の効果に関する研究について

順天堂大学静岡病院および菅原整形外科との共同研究により、変形性膝関節症に関する研究を、モデル動物および細胞を用いて行っている。特に、機能性食品として認知されている加水分解コラーゲン、グルコサミンやコンドロイチン硫酸の効果に関する研究を推進している。

研究協力協定に基づく研究

本研究施設の研究目的である「動物の硬タンパク質とこれに関連する生体分子の基礎から応用にわたる動物資源利用の研究を総合的に発展させる」ために、研究領域を補完し拡充する目的で研究協力協定を結んでいる3研究機関との研究活動内容について平成19年度の概要を以下に記す。

「皮革及び関連高分子利用分野の研究の充実とこの分野の学術及び科学技術の発展」のための研究協力(東京都立皮革技術センター)

(1)皮革製造副産物の再利用に関する共同研究
大学発事業創出実用化開発費助成事業研究で、クロムなめし革の裁断屑の再利用のための応用開発研究である。加水分解コラーゲンを革補修剤として用いた‘コラーゲンレザー’の開発を共同で行い、試作品を展示会へ出品するなど具体的な成果が出始めてきている。また、合成高分子と加水分解コラーゲンとの複合体を創製し、その特性解析ならびに肥料効果の確認を行っている。

(2)硬蛋白質利用研究施設公開セミナーの共催
今年度も都立皮革技術センターの協力により、本研究施設の公開セミナーを平成19年10月19日に開催した。「皮膚とコラーゲン:健康な肌を保つためのいろいろなコラーゲンの役割」という内容での講演を行った。参加者は57名であった。

「食肉生産に伴う硬タンパク質資源の高度利用研究の充実とこの分野の学術及び科学技術の発展」のための研究協力(日本ハム株式会社)

エラスチン摂取による作用を明らかにするためにいくつかの系で研究を開始している。今回は加水分解エラスチンの血管保全作用(動脈硬化防止作用)の検証を行っている。ヒト内皮細胞HUVECに加水分解エラスチンを添加し、一定時間後に培養上清中の動脈硬化因子(VCAM-1およびMCP-1)を測定した。現在、解析中である。

「マトリックスタンパク質の機能開発研究のより一層の充実とこの分野の学術及び科学技術の発展」のための研究協力(株式会社ニッピ)

(1)当研究施設で行っているFACITコラーゲンの研究についてニッピバイオマトリックス研究所で講演を行った。FACITコラーゲンの概説及びXII型コラーゲン発現の組織分布や発生過程における特異性に基づく制御機構の可能性について研究成果を講演し、マトリックスタンパク質の新たな機能開発について議論した。

(2)光老化モデルマウスに加水分解コラーゲンを投与し、その効果について検証した。紫外線照射により、皮膚水分量、および皮膚中のコラーゲン量が減少した。加水分解コラーゲンの投与により、皮膚水分量の改善、皮膚中のコラーゲン量の増加を確認し、このデータを投稿準備中である。