生理活性化物質の探索と応用
-Discovery and development of bioactive compounds-
生体レベルでのエネルギー代謝異常モデルの例として、塩誘導性キナーゼ（SIK）の遺伝子改変マウスの表現型を解析し、ヒト病態の理解と病態制御法の開発を創薬ベンチャー・化粧品会社さんと行っています。細胞レベルでのエネルギー代謝測定は、iPS細胞等の品質管理や神経細胞の活動測定に応用するための技術開発をメーカー等と進めて来ました。また、メラニン合成細胞・軟骨細胞・炎症細胞の分化制御剤を大規模天然物ライブラリーからスクリーニングし、化粧品・医薬部外品・医薬品の開発にも応用しております。
We are characterizing phenotypes of SIK (Salt-Inducible Kinase) knock-out mice as animal models with impaired glucose and lipid metabolism. Along with this in vivo analysis, we are developing methods to monitor mitochondrial biogenesis for drug screening systems, which could also provide new measures to evaluate the differentiation status of iPS cells (induced Pluripotent Stem cells) and neuronal activities. In addition, using this knowledge and a library of natural products, we have identified new compounds that regulate cellular functions, such as cell differentiation of melanocytes, chondrocytes, and immune cells, thus providing candidates for new materials for cosmetics as well as drugs.
美肌菊Ⓡ成分：
11α-OH Kaurenoic acid (ent-11α-Hydroxy-15-oxo-kaur-16-en-19-oic acid: 11αOH-KA): ヌマダイコン(キク科の絶滅危惧種)やアマクサシダ(絶滅危惧種)などの希少植物に含まれる成分です。強力なメラニン合成抑制作用を有します。一方、安定性が高く、細胞毒性やヒト皮膚への刺激性も観察されないことから、食品・化粧品などへの応用が期待されます。
ヌマダイコン(別名：下田菊・麻芝糊・風気草・Adenostemma lavenia)は、中国・台湾では坑炎症の生薬として利用されております。ヌマダイコンの葉は11αOH-KAを大量に含有しており (乾燥葉の2.5%)、この大量含有がヌマダイコンの薬効本体と予想されます。これまでにアマクサシダ近縁種から精製した11αOH-KAでも創薬用途が提案されておりますが、ヌマダイコンの利用でより創薬提案が拡がるものと期待されます。
ヌマダイコンのお茶を離乳後間もない黒色マウスに摂取させると、毛色が茶色に変化します。4週齢以降(大人の毛に換わってから)に摂取させると効果が少なくなります。感受性の高い時期がありそうです。また、抗酸化作用を示し、酵母の寿命延長に繋がります。
The kaurenoic acid, 11αOH-KA, found in Adenostemma lavenia (Asteraceae)
and Pteris dispar Kunze (fern) is a potent anti-melanogenic compound.
11αOH-KA is highly stable and shows neither cytotoxicity nor irritant properties
in the human skin, promising cosmetic applications for skin whitening as foods
and cosmetics.A. lavenia contains a high amount of 11αOH-KA (2.5% of dried
leaves), and it may be responsible for most bioactivities of this plant. A. lavenia
（Ma Zi Hu）is now available as a supplement in USA for an anti-inflammatory
medical herb.When young (３W-old) mice with black hair take A. lavenia water
extract as a kind of tea, their hair color change to brown, which is not observed
in aged mice (after 4W-old), suggesting a presence of a sensitive period for the
hair color determination.
Kobayashi T, Tanaka N,Suzuki M, Maeda M, Batubara I Iswantini D, Koketsu M, Hamamoto A, Takemori H
Phytochem Lett. 2022 49: 131-137 https://doi.org/10.1016/j.phytol.2022.03.024
Maeda M, Suzuki M, Fuchino H, Tanaka N, Kobayashi T, Isogai R, Batubara I Iswantini D, Matsuno M, Kawahara N, Koketsu M, Hamamoto A, Takemori H
Journal of Natural Medicines 2022 76: 132-143 doi: 10.1007/s11418-021-01565-3
Anti-aging effect of active fractions and ent-11α-hydroxy-15-oxo-kaur-16-en-19-oic acid isolated from Adenostemma lavenia (L.) O. Kuntze at the cellular level
Batubara I, Astuti IR, Prastya ER, Ilmiawati A, Maeda M, Suzuki M, Hamamoto A, Takemori H
Antioxidants 2020, 9: 719
Hamamoto A, Isogai R, Maeda M, Hayazaki M, Horiyama E, Takashima S, Koketsu M, Takemori H
Foods 2020 9: 73
Kuroi A, Sugimura K, Kumagai A, Kohara A, Nagaoka Y, Kawahara H, Yamahara M, Kawahara N, Takemori H, Fuchino H
Skin Pharmacol Physiol 2017 30: 205-215
特願2019-110774 「メラニン生成抑制剤、及びメラニン産生抑制剤の製造方法」
竹森 洋、濱本明恵、纐纈 守
特許第5946510号「メラニン生成抑制剤、化粧料、医薬組成物、及びメラニン生成抑制剤の製造方法」
竹森 洋、熊谷彩子、賀川舞、伊東祐美、川原信夫、渕野裕之、杉村康司、黒井梓（独立行政法人医薬基盤研究所、株式会社桃谷順天館）
GIF-2209: (E)-3-(4-(trifluoromethoxy)benzylidene)indolin-2-one: メラニン合成促進及びメラノソーム分泌促進作用を有する化合物です。細胞内の不要物分解（新陳代謝）の促進に作用することが期待されます。リソソーム活性化作用もありそうです。 メラニン合成酵素TYRとエクソソームマーカーCD63のタンパク発現を亢進させるものの、他のメラニン合成酵素TYRP-1の発現は低下させます。これは、メラノソーム放出が促進して細胞内の酵素量バラスが崩れているためと予想します。
GIF-2209 has multiple effects on melanogenesis,
transcriptional regulation, lysosome modification,
and melanosome secretion. In addition, GIF-2209
induced intracellular segregation of tyrosinase-
containing vesicles from TYRP-1 vesicles.
However, this could be caused by an imbalance
between the supply of tyrosinase protein and
the excretion of TYRP-1 protein
Watanabe M, Kawaguchi K, Nakamura Y, Furuta K, Takemori H
Molecules 2022 27: 177
4-[(5E)-5-[(4-fluorophenyl)methylidene]-4-oxo-2-sulfanylidene-1,3-thiazolidin-3-yl]-4-azatricyclo [5.2.1.0²,⁶]dec-8-ene-3,5-dione: 4-OST/GIF-2202): チアゾリジン誘導体でメラニン合成を抑制します。その作用機序は細胞内輸送システムの修飾で、メラニ合成酵素Tyrosinaseをリソソーム分解へと誘導します。この際、他のメラニン合成酵素（TRYP1/2)は影響を受けません。
4-OST strongly inhibits melanogenesis in mouse melanoma
B16F10 cells. 4-OST reduces tyrosinase protein levels without
affecting its mRNA levels or enzymatic activity. Although a
reduction in tyrosinase protein level was observed in the
presence of a protein synthesis inhibitor, the reduction may
be coupled with protein synthesis. Similarly, GIF-2202 (a
derivative of 4-OST) lowers tyrosinase protein levels without
affecting the levels of another melanogenic enzyme,
tyrosinase-related protein 1 (TYRP1) level.
Isogawa K, Asano M, Hayazaki M, Koga K, Watanabe M, Suzuki K, Kobayashi T, Kawaguchi K, Ishizuka A, Kato S, Ito H, Hamamoto A, Koyama H, Furuta K, Takemori H
Journal of Cellular Biochemistry 2021 122: 667-678
T4FAT (5,6,7,8-tetrahydro-4H-furo[3,2-c]azepine-4-thione): メラニンは紫外線照射から皮膚を保護するための重要な色素です。しかし、過剰なメラニン沈着はしみ・そばかすなどの原因ともなります。チロシナーゼはメラニン生合成における律速酵素であり、その活性に銅イオン（Cu2+）を要求します。この度、チオアミド構造を有する化合物T4FATがメラニン産生を阻害することを見出しました。T4FATは銅イオンをキレートすることで、チロシナーゼを阻害します。また、銅イオン依存的な酵素活性がチロシナーゼタンパク質の生成（タンパクの正確な折り畳み）にも関与していました。これらの発見は、新たな美白化粧品の創製に役立つ情報を供給してくれます。
Melanin plays an important role in the protection of the skin from
ultraviolet irradiation; however, excessive melanin deposition leads
to hyperpigmentation and freckles, which are recognized as skin
problems. Tyrosinase, a copper-containing protein, is the rate-limiting
enzyme in melanin biosynthesis. To assist the proper regulation of
melanin production, we screened compounds and found that T4FAT,
a thioamide derivative, inhibited melanogenesis in B16F10 mouse
melanoma cells. As copper binding to the tyrosinase protein is required
for enzymatic activity, correct folding, and maturation, we examined
the metal-chelating activities of T4FAT. Equimolar amount of T4FAT
resulted in almost complete chelation of copper ions. These results
suggested that T4FAT, a novel copper chelator, may be helpful for the
development of new cosmetics for skin whitening.
Azepine derivative T4FAT, a new copper chelator, inhibits tyrosinase.
Okajima S, Hamamoto A, Asano M, Isogawa K, Ito H, Kato S, Hirata Y, Furuta K, Takemori H
Biochem Biophys Res Commun. , 2019; 509: 209-215
4’-O-Methylfisetin: SIK2阻害剤作用を有する人工フラボノイドで、毛根メラノサイトでメラニン合成を促進します。フィセチンはマウス体内で4’-メトキシフィセチンに変換され、マウスの毛色を濃くします。同様な作用はマウスが高濃度のダイオスメチン（他の4’-メトキシフラボノイド）を食した時にも観察されます。一方、4’がメチル化されていないケルセチンでは観察されません。
A SIK2 inhibitor which enhances melanin production in
hair follicle melanocytes. Fisetin is converted to 4’-O-methoxy
fisetin in mice and stimulates melanogensis in hair follicle
melanocytes, which produces darker hairs. Similar hair color
change is observed, when mice are fed with a high dose of
diosmetin, other 4’-methoxyflavonoid. In contrast, quercetin,
not having the methyl group at the 4’-position, fails to promote
melanogenesis.
Downregulation of SIK2 expression promotes the melanogenic program in mice.
Horike N, Kumagai A, Shimono Y, Onishi T, Itoh Y, Sasaki T, Kitagawa K, Hatano O, Takagi H, Susumu T, Teraoka H, Kusano K, Nagaoka Y, Kawahara H, Takemori H.
Pigment Cell Melanoma Res. 2010 23:809-819
Kumagai A, Horike N, Satoh Y, Uebi T, Sasaki T, Itoh Y, Hirata Y, Uchio-Yamada K, Kitagawa K, Uesato S, Kawahara H, Takemori H, Nagaoka Y.
PLoS One. 2011;6(10):e26148
特許第5769387号「メラニン産生促進剤」
長岡康夫、熊谷彩子、堀家なな緒、竹森 洋、堀部一平、小畑勝義 （国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所、中野製薬株式会社）
Pterosin B: SIK3シグナル阻害剤作用を有するワラビ成分です。SIK3が促進する軟骨の肥大化（細胞死）を抑制し、軟骨細胞の増殖を促進させる作用を有します。半月板損傷モデルマウスの関節軟骨の保護にも役立つことから、変形性膝関節症（ロコモ-運動器症候群）にも有用と期待されます。同時にミトコンドリアでの呼吸に必要なCoQ10の酸化還元サイクルを抑制し、肝臓での糖新生を抑制することで血糖値を低下させます。
A SIK3 signal inhibitor, an ingredient in Pteridium
aquilinum,promotes chondrocytes proliferation by
preventing their hypertrophy (cell death). Pteorsin B
protect knee cartilage in a mouse model for meniscal
injury. Pteorsin B also inhibits the redox-oxidative
cycle of CoQ10 in mitochondria, which decreases
blood glucose levels by suppressing hepatic
gluconeogensis.
Salt-inducible Kinase 3 Signaling Is Important for the Gluconeogenic Programs in Mouse Hepatocytes.
Itoh Y, Sanosaka M, Fuchino H, Yahara Y, Kumagai A, Takemoto D, Kagawa M, Doi J, Ohta M, Tsumaki N, Kawahara N, Takemori H.
J Biol Chem. 2015 290:17879-17893
Pterosin B prevents chondrocyte hypertrophy and osteoarthritis in mice by inhibiting Sik3.
Yahara Y, Takemori H, Okada M, Kosai A, Yamashita A, Kobayashi T, Fujita K, Itoh Y, Nakamura M, Fuchino H, Kawahara N, Fukui N, Watanabe A, Kimura T, Tsumaki N.
Nat Commun. 2016 7:10959
Itoh Y, Fuchino H, Sanosaka M, Kako K, Hada K, Fukamizu A, Takemori H, Kawahara N.
Biochem Biophys Res Commun. 2016 473:415-420
特許第5873652号「プテロシン誘導体を含む軟骨変性、および/または軟骨菲薄疾患治療剤」
妻木範行、竹森 洋、渕野裕之、川原信夫（国立大学法人京都大学、独立行政法人医薬基盤研究所）登録2016年1月22日
