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立体培養モデルの確立とその応用

(1)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
線維芽細胞による収縮コラーゲンゲル(真皮モデル)を用いた三次元培養ヒト皮膚モデルは分解系酵素活性化、基底膜状態などから皮膚微弱炎症モデルであることを提唱している。バイオアッセイ系として創傷治癒関連因子の発現に及ぼす表皮‐真皮間相互作用の影響を検討した。表皮層が産生するIL-1が真皮線維芽細胞のMMP-1発現を大きく亢進すること、PGE2が表皮層の細胞増殖を促進する可能性が示唆された。

(2)自己産生型培養真皮モデルの検討
(1)の方法での培養皮膚モデルは再現性よく作製が可能となった。しかし、この方法では、太いコラーゲン線維やエラスチン線維、基底膜アンカリング線維形成など構造構築的には不十分な点がある。線維芽細胞が自ら産生するマトリックス構造を再現する自己産生型真皮モデルとして、創傷治癒過程を踏まえたフィブリンゲル内での線維芽細胞活性化と組織構築研究を開始した。線維芽細胞重層化の培養条件設定ができた。

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
マウス筋芽細胞株C2C12の筋分化に伴うXII型コラーゲン発現上昇において、p53がん抑制蛋白質ファミリーの関与が、また、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、AP-1並びにp53がん抑制蛋白質ファミリーの関与が示唆された。

(2)ウマ屈腱炎の再生医療に関する分子生物学的、生化学的研究 
ウマ屈腱炎治癒過程の肉芽組織において、酸性ヒアルロニダーゼであるHyal2および中性ヒアルロニダーゼであるMGEA5の発現が上昇することを見出した。また、ウマ骨髄由来中胚葉系幹細胞を腱細胞へ分化させる手法について検討しており、本年度は骨髄幹細胞と腱細胞とを識別可能な単クローン抗体3系統を樹立し、これらの抗体の認識する分子について同定を進めた。

3. 細胞外マトリックス調節因子としてのTGF-βスーパー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)フォリスタチンファミリー蛋白質の性状解析
フォリスタチンファミリー蛋白質はTGF-βスーパーファミリーに結合してその作用を阻害するため、TGF-βスーパーファミリー阻害剤としての利用が期待できる。現在、フォリスタチンファミリー蛋白質にコラーゲン結合活性を付加することにより組織局在性を付与することが出来るのではないかと期待し、フォリスタチンファミリー蛋白質にMMP-2のコラーゲン結合ドメインを付加した蛋白質を作製し、その生物活性、コラーゲン結合活性などについて検討している。

(2)皮膚におけるコラーゲン発現の性差とTGF-βスーパーファミリーとの関連
皮膚のコラーゲン含量には性差が認められるが、皮膚の性差が生じる機構については不明の点も多い。マウスで生後0日から60日まで、雄と雌の皮膚におけるコラーゲン発現の変化を調べたところ、生後30日で雄の皮膚における線維性コラーゲンの発現が雌に比較して著しく増加した。しかし、TGF-βスーパーファミリーの発現については雌雄で大きな差はなく、皮膚の性差にTGF-βスーパーファミリーは関与していないことが示唆された。

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質の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22年度は、公設試および企業と共同で以下の研究を行った。

1. 皮革関連事業について

皮革製造副産物の再利用に関する研究開発に関する研究を継続している。本年度の事業は、都立皮革技術センターおよびメルクス(株)との共同研究であり、用途開発を中心に行った。革の再利用に関連して、加水分解コラーゲンとウレタンからなる樹脂に関する特許出願を行った(特願2010-244129)。

2. 羽毛リサイクル研究について

(株)東洋羽毛工業との共同研究を継続中であり、平成22年10月から社会人博士を受け入れた。

3. サメの高付加価値化に関する研究について

(株)中華・高橋と共同研究を進めており、サメ肉加水分解物の骨粗鬆症改善効果の検証を中心に研究を行い、2010年3月日本農芸化学会および7月骨代謝学会で研究発表を行った。また、サメ肉の効果を明らかにする目的で、「フィッシュプロテインによる骨質改善効果」という研究課題ですかいらーく財団からの研究費も獲得した。

4. 機能性食品の効果・効能研究について

機能性食品の効果・効能を明らかにする目的で、動物および細胞モデルを用いた研究を行った。平成22年度は、共同研究として、(株)資生堂H&BC、(株)日油、(株)日本ハム中央研究所、(株)大阪化成品と行った。また、前年度に引き続きヤマブドウの果皮抽出物の機能評価として、皮膚状態改善に関する研究を行っている。

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

細胞伸展培養装置フレクサーセルを用いて変形性膝関節症モデル確立のため研究を開始した。

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22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、(株)大阪化成品との共同出願である。本年度も,引き続き実用化研究を継続している。本年度は家具用革の開発を受けて、自動車用への応用を試みた。また、廃棄物の有効利用として、安価で有効な革屑の溶解方法についても検討した。さらに皮革のDNA鑑定方法の確立に向けて共同研究を開始した。

「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)

マウスB16メラノーマ細胞のメラニン産生量を抑制した豚プラセンタエキス(Ⅲ型、Ⅳ型およびⅤ型コラーゲンを含む)を用いてヒト試験を行うことで色素沈着抑制などの皮膚美容効果を検証した。また、鶏由来低分子コラーゲンペプチドの血管機能改善および動脈硬化発症予防効果などを見出し、その作用機序について解析した。さらに、Caco-2細胞による腸管上皮モデルにおいてコラーゲンペプチドがパラセルラー経路を経て体内に取り込まれることが示唆された。現在は、鶏軟骨エキス(Ⅱ型コラーゲンおよびコンドロイチンを含む)の関節保護効果および滑膜細胞からのヒアルロン酸の産生促進作用との関係を検討中である。

「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)

昨年に引き続き、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。この成果は、第42回日本結合組織学会において発表した。また、ウマの骨髄由来間葉系幹細胞と腱細胞を識別しうる単クローン抗体の認識する分子の同定についてペプチドシークエンスを共同して行っている。また、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。