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)培養真皮モデルでの線維芽細胞活性に及ぼすメカニカルストレスの影響
新たに開発した屈曲負荷培養を用いて、真皮モデル内の線維芽細胞活性への影響や形態(収縮、歪みなど)への力学的負荷の影響を検討している。メカニカルストレスにより真皮モデルの線維芽細胞が活性化されコラーゲン線維ゲルをさらに収縮するが、このときPDGFやTGF-βの発現が促進されることを明らかにした。また、この培養系は「しわ」のようなマクロな形態変化も観察できる系であり、評価法としての活用を検討中である。

(2)三次元培養モデル系の確立とバイオアッセイ系としての応用
現在、再現性の良い皮膚モデル系を作製できるようになり、いろいろな生物活性物質の評価や表皮−真皮相互作用の解析を行っている。例えば、真皮線維芽細胞のMMP-1の発現に及ぼす表皮因子の検討、Wnt/β-cateninシグナル活性化薬剤の表皮分化に及ぼす影響、基底膜成分の皮膚モデル形成に及ぼす影響、電気刺激が皮膚細胞に及ぼす影響を検討している。また、ヒトメラノサイトを含む色素沈着皮膚モデル系の研究を開始した。

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IVa β-チューブリン発現制御においてp53がん抑制蛋白質ファミリーの関与が示唆された。また、マウス軟骨前駆細胞ATDC5の軟骨分化過程において、分泌型ヒアルロニダーゼの活性が上昇することを見出した。

(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
ウマ浅指屈腱由来腱細胞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、ゼラチナーゼ分子種(MMP-2, MMP-9)に加え、複数のヒアルロニダーゼ活性成分が見出され、これらのヒアルロニダーゼ活性はインターロイキン-1などにより制御を受けることが判明した。

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。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以前に確認していたが、さらにマイオスタチン、BMP7に対しても結合活性を持つことを明らかにした。

(2)皮膚創傷治癒におけるアクチビンの役割と、線維芽細胞におけるアクチビン発現誘導因子
マウスを用いたin vivoおよびin vitroの実験から、アクチビンは創傷治癒時の筋線維芽細胞の分化促進や表皮角化細胞の遊走促進に関与しているものと考えられた。また、人の皮膚線維芽細胞を用いた実験から、インターロイキン1が創傷治癒時のアクチビンの増加を引き起こ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20年度は、(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO)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課題の最終年度の研究を行っている。

1. 皮革関連事業について

NEDO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行っている。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、メルクス(株)が参画している。その成果として、特願2008-285821ペプチドキレート含有肥料;特願2008-315847羽毛成形体の製造方法を特許出願した。

2. 羽毛リサイクル研究について

平成16~17年度に経済産業省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(株)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、商標名「ケラタイド」を化粧品原料として試験販売を開始した。

3. サメの高付加価値化に関する研究について

平成13~15年NEDO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行った。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)からサメ全体を利用するための実用化研究に現在取り組んでいる。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。また、平成21年3月から、コラーゲンを高含有した化粧品を発売する予定である。

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20年度は共同研究として、(株)資生堂H&BC、(株)協和発酵キリン、(株)日本ハム中央研究所、(株)松永商会と行っている。また、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、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継続して実施している。特に、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20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)

NEDO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、(株)大阪化成品との共同出願である。本年度は、コラーゲンで鞣したコラーゲンレザーの評価のため、試験靴を作製し評価を行った。

「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)

豚プラセンタ(Ⅲ型、Ⅳ型およびⅤ型コラーゲンを含む)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。今回は豚プラセンタエキスの美白効果(メラニン産生阻害活性)の検証を行っている。マウスB16メラノーマ細胞に豚プラセンタエキス、Ⅲ型、Ⅳ型およびⅤ型コラーゲンの加水分解物を添加し、一定時間後に細胞中のメラニン産生量を測定した。現在、それらの作用メカニズムと効果本体についても解析中である。また、昨年度の成果であるエラスチンペプチドのマウス皮膚水分量向上作用を論文投稿した。

「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)ウマ腱の障害についての研究においてヒアルロン酸、コラーゲンの分解に関わる酵素の測定について、共同して行った。また当研究所で研究している、クラゲから抽出した癌細胞接着抑制物質の同定についてペプチドシークエンス、質量分析を共同して行っている。

(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、このデータをもとに論文を投稿し、受理された。