KOIDE, Takaki

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Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.chem.waseda.ac.jp/koide/

Concurrent Post 【 display / non-display

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

Research Institute 【 display / non-display

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Education 【 display / non-display

  •  
    -
    1994

    Kyoto University   Graduate School, Division of Pharmaceutical Sciences  

  •  
    -
    1991

    Kyoto University   Graduate School, Division of Pharmaceutical Sciences  

  •  
    -
    1989

    Kyoto University   Faculty of Pharmaceutical Science  

Degree 【 display / non-display

  • 京都大学   博士(薬学)

Research Experience 【 display / non-display

  • 2007
    -
    Now

    Waseda University

  • 2006
    -
     

    Niigata University of Pharmacy and Applied Life Sciences   Faculty of Pharmaceutical Sciences

  • 2003
    -
     

    Niigata University of Pharmacy and Applied Life Sciences   Faculty of Pharmaceutical Sciences

  • 2000
    -
     

    The University of Tokushima   Faculty of Engineering Department of Biological Science and Technology

  • 1999
    -
     

    The University of Tokushima   Faculty of Engineering Department of Biological Science and Technology

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Professional Memberships 【 display / non-display

  •  
     
     

    American Society for Biochemistry and Molecular Biology (ASBMB)

  •  
     
     

    フロンティア生命化学研究会

  •  
     
     

    日本ケミカルバイオロジー学会

  •  
     
     

    日本化学会

  •  
     
     

    日本細胞生物学会

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Research Areas 【 display / non-display

  • Chemistry and chemical methodology of biomolecules

  • Pharmaceutical chemistry and drug development sciences

  • Structural biochemistry

Research Interests 【 display / non-display

  • タンパク質、ペプチド、コラーゲン、細胞外マトリックス、創薬

Papers 【 display / non-display

  • Potential of denatured collagen-hybridizing peptides for a novel DDS

    Sayaka Kanai, Takaki Koide

    Drug Delivery System   35 ( 3 ) 181 - 190  2020.07

    Authorship:Last author, Corresponding author

    DOI

  • Spatiotemporal regulation of PEDF signaling by type I collagen remodeling.

    Kazuki Kawahara, Takuya Yoshida, Takahiro Maruno, Hiroya Oki, Tadayasu Ohkubo, Takaki Koide, Yuji Kobayashi

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   117 ( 21 ) 11450 - 11458  2020.05  [Refereed]  [International journal]

     View Summary

    Dynamic remodeling of the extracellular matrix affects many cellular processes, either directly or indirectly, through the regulation of soluble ligands; however, the mechanistic details of this process remain largely unknown. Here we propose that type I collagen remodeling regulates the receptor-binding activity of pigment epithelium-derived factor (PEDF), a widely expressed secreted glycoprotein that has multiple important biological functions in tissue and organ homeostasis. We determined the crystal structure of PEDF in complex with a disulfide cross-linked heterotrimeric collagen peptide, in which the α(I) chain segments-each containing the respective PEDF-binding region (residues 930 to 938)-are assembled with an α2α1α1 staggered configuration. The complex structure revealed that PEDF specifically interacts with a unique amphiphilic sequence, KGHRGFSGL, of the type I collagen α1 chain, with its proposed receptor-binding sites buried extensively. Molecular docking demonstrated that the PEDF-binding surface of type I collagen contains the cross-link-susceptible Lys930 residue of the α1 chain and provides a good foothold for stable docking with the α1(I) N-telopeptide of an adjacent triple helix in the fibril. Therefore, the binding surface is completely inaccessible if intermolecular crosslinking between two crosslink-susceptible lysyl residues, Lys9 in the N-telopeptide and Lys930, is present. These structural analyses demonstrate that PEDF molecules, once sequestered around newly synthesized pericellular collagen fibrils, are gradually liberated as collagen crosslinking increases, making them accessible for interaction with their target cell surface receptors in a spatiotemporally regulated manner.

    DOI PubMed

  • Peptide precursors that acquire denatured collagen-hybridizing ability by O-to-N acyl migration at physiological pH

    Sayaka Kanai, Koshi Machida, Ryo Masuda, Takaki Koide

    Organic & Biomolecular Chemistry   18 ( 15 ) 2823 - 2827  2020  [Refereed]

    Authorship:Corresponding author

     View Summary

    <p>Collagen-like peptides containing Gly-Ser <italic>O</italic>-acyl isopeptide units without self-assembling propensity serve as precursors for collagen-detecting agents.</p>

    DOI

  • Lowering the culture temperature corrects collagen abnormalities caused by HSP47 gene knockout.

    Kazunori K Fujii, Yuki Taga, Takayuki Sakai, Shinya Ito, Shunji Hattori, Kazuhiro Nagata, Takaki Koide

    Scientific reports   9 ( 1 ) 17433 - 17433  2019.11  [Refereed]  [International journal]

     View Summary

    Heat shock protein 47 (HSP47) is an endoplasmic reticulum (ER)-resident molecular chaperone that specifically recognizes triple helical portions of procollagens. The chaperone function of HSP47 is indispensable in mammals, and hsp47-null mice show an embryonic lethal phenotype accompanied by severe abnormalities in collagen-based tissue structures. Two leading hypotheses are currently accepted for the molecular function of HSP47 as a procollagen-specific chaperone. One is facilitation of procollagen folding by stabilizing thermally unstable triple helical folding intermediates, and the other is inhibition of procollagen aggregation or lateral association in the ER. The aim of this study was to elucidate the functional essence of this unique chaperone using fibroblasts established from hsp47-/- mouse embryos. When the cells were cultured at 37 °C, various defects in procollagen biosynthesis were observed, such as accumulation in the ER, over-modifications including prolyl hydroxylation, lysyl hydroxylation, and further glycosylation, and unusual secretion of type I collagen homotrimer. All defects were corrected by culturing the cells at a lower temperature of 33 °C. These results indicated that lowering the culture temperature compensated for the loss of HSP47. This study elucidated that HSP47 stabilizes the elongating triple helix of procollagens, which is otherwise unstable at the body temperature of mammals.

    DOI PubMed

  • Development of a collagen-like peptide polymer via end-to-end disulfide cross-linking and its application as a biomaterial.

    Shinichiro F Ichise, Shungo Takeuchi, Shigehisa Aoki, Kazuki C Kuroda, Hiroshi Nose, Ryo Masuda, Takaki Koide

    Acta biomaterialia   94   361 - 371  2019.08  [Refereed]  [International journal]

     View Summary

    Collagen is the most abundant protein in the animal kingdom and has a unique triple-helical structure. It not only provides mechanical strength to tissues, but also performs specific biological functions as a multifaceted signaling molecule. Animal-derived collagen is therefore widely used as a biocompatible material in vitro and in vivo. In this study, we developed a novel peptide-based material that mimicked both the polymeric properties and a selected biological function of native collagen. This material was prepared by end-to-end multiple disulfide cross-linking of chemically synthesized triple-helical peptides. The peptide polymer showed a gel-forming property, and receptor-specific cell binding was observed in vitro by incorporating a peptide harboring an integrin α2β1-binding sequence. Furthermore, cell signaling activity and biodegradability were tunable according to the polymer contents. The results demonstrated the potential of this material as a designer collagen. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Collagen is a useful biomaterial with the gel-forming property. It also exhibits various biological activities through the interaction of specific amino acid sequences displayed on the triple helix with functional biomacromolecules. Here we report a novel synthetic material, artificial collagen, by end-to-end cross-linking of chemically synthesized collagen-like triple-helical peptides. The material allows independent regulation of polymer properties, i.e. gel stiffness, and sequence-specific bioactivities by altering peptide compositions. This material can also be variously shaped, for example, thin films with high transparency. In addition, it has low inflamatogenic properties and tunable biodegradability in vivo.

    DOI PubMed

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Books and Other Publications 【 display / non-display

  • 「科学者の研究倫理-化学・ライフサイエンスを中心に」

    田中智之, 小出隆規, 安井裕之

    東京化学同人  2018.06

Misc 【 display / non-display

  • コラーゲン様ペプチドのコンフォメーション依存的な細胞内への移行

    山崎ちさと, 中瀬生彦, 遠藤裕之, 岸本沙耶, 増山祥弘, 二木史朗, 小出隆規

    第49回ペプチド討論会 ,かごしま県民交流センター(鹿児島)    2012.11  [Refereed]

  • 細胞内に移行するコラーゲン様ペプチドのデザイン

    小出隆規, 遠藤裕之, 中瀬生彦, 二木史朗

    第3回関東支部大会 ,東京    2009.09  [Refereed]

  • コラーゲン特異的分子シャペロンHSP47の網羅的基質検索

    浅田真一, 西川良美, 高原佳史, 山崎ちさと, 本間大輔, 大高章, 永田和宏, 北川幸己, 小出隆規

    日本薬学会年会要旨集   126th ( 3 )  2006

    J-GLOBAL

  • 新規ジスルフィド形成法の開発とTrp含有ペプチドへの応用

    玉村啓和, 中村純子, 大久保かおり, 大高章, 小出隆規, 藤井信孝

    日本薬学会年会要旨集   113th ( Pt 2 )  1993

    J-GLOBAL

Industrial Property Rights 【 display / non-display

  • 抗菌生物活性を有するコラーゲン様ペプチド及びその組成物

    小出 隆規, 増田 亮, 工藤 正和, 太宰 結

    Patent

  • コラーゲン様ペプチドからなる薬物担体

    山崎 ちさと, 安井 裕之, 高尾 敏文, 粟田 ちひろ, 小出 隆規

    Patent

  • コラーゲンへの結合活性を有する環状ペプチド

    Patent

  • コラーゲン様構造を有する重合ペプチド及びゲル

    特許6455862

    小出 隆規, 市瀬 慎一郎, 竹内 俊吾, 能勢 博

    Patent

Research Projects 【 display / non-display

  • 酵母に発現させた3重らせん型ランダムペプチドライブラリからの創薬リードの探索

    Project Year :

    2020.04
    -
    2023.03
     

     View Summary

    ペプチドは、低分子量医薬品や抗体医薬の中間のサイズを有する分子であり、これらの特長を併せ持つことができるポテンシャルを有している。しかしながら、一般的なペプチドは生体内で容易に分解される。本研究で用いる3重らせん型ペプチドは、生体内での易分解性を克服している。したがって、生物活性を有する3重らせん型ペプチドは医薬品のリードとなることが期待される。本研究では、ランダムで多様な3重らせん型ペプチドのライブラリから、生物活性を有するペプチドを取得することを目的とするものである

  • テネイシンXーTRPチャネル系を標的とした神経麻痺性角膜症の新規治療戦略の確立

    Project Year :

    2018.04
    -
    2023.03
     

     View Summary

    【目的】TNX欠失(KO)マウスでは角膜上皮創傷治癒における角膜知覚神経の形態形成と角膜上皮創傷治癒過程での神経ペプチド発現の変化をC57/BL6(WT)マウスと比較検討した。【方法】(1)片眼に直径2mmの角膜上皮欠損モデルを作製した。創閉鎖まで6時間おきにフルオレスセインで染色し、角膜上皮欠損の治癒過程を実体顕微鏡で撮影し欠損残存面積を統計学的に比較検討した。また各ステージごとに 眼球を摘出し、パラフィン切片を作成後、組織学的、免疫組織学的に比較検討した。(2) 同モデルで経時的に屠殺後摘出したWTとKOマウスの角膜をTUJ1で免疫染色し、フラットマウント標本で蛍光顕微鏡下で観察し、角膜知覚神経の形態と再生の程度を比較検討した。(3)WTとKOマウスを使用しコシェボネ角膜知覚計を用いて角膜知覚を計測し比較検討した。【結果】(1)KOマウスではWTマウスと比較し角膜上皮欠損の閉鎖が12時間後、18時間後、24時間後で有意に著明に遅延した。テネイシンX

  • テネイシンXーTRPチャネル系を標的とした神経麻痺性角膜症の新規治療戦略の確立

    基盤研究(C)

    Project Year :

    2018.04
    -
    2023.03
     

     View Summary

    【目的】TNX欠失(KO)マウスでは角膜上皮創傷治癒における角膜知覚神経の形態形成と角膜上皮創傷治癒過程での神経ペプチド発現の変化をC57/BL6(WT)マウスと比較検討した。【方法】(1)片眼に直径2mmの角膜上皮欠損モデルを作製した。創閉鎖まで6時間おきにフルオレスセインで染色し、角膜上皮欠損の治癒過程を実体顕微鏡で撮影し欠損残存面積を統計学的に比較検討した。また各ステージごとに 眼球を摘出し、パラフィン切片を作成後、組織学的、免疫組織学的に比較検討した。(2) 同モデルで経時的に屠殺後摘出したWTとKOマウスの角膜をTUJ1で免疫染色し、フラットマウント標本で蛍光顕微鏡下で観察し、角膜知覚神経の形態と再生の程度を比較検討した。(3)WTとKOマウスを使用しコシェボネ角膜知覚計を用いて角膜知覚を計測し比較検討した。【結果】(1)KOマウスではWTマウスと比較し角膜上皮欠損の閉鎖が12時間後、18時間後、24時間後で有意に著明に遅延した。テネイシンXは創傷なしではWTマウスの角膜中央部にほとんど発現していないが、角膜上皮欠損作製後に24時間後をピークとして角膜上皮基底部を中心に発現が増強した。HE染色ではWTでは著名な炎症細胞の浸潤をみとめたが、KOでは炎症細胞の浸潤が抑制されていた。phospho p38、MPO、IL-6はKOで角膜上皮基底部の発現が抑制されていた。F4/80はWTとKOで差はみられなかった。(2)創傷なしの角膜中央部ではWT、KO共に知覚神経が密に存在していることが確認されWTとKOで差はみられなかった。24時間後の上皮再生部分においてはWTとKOで明らかな差はみられなかった。(3)KOで角膜知覚は有意に低下していた。【結論】TNXは角膜上皮治癒に必要である。TNXの角膜知覚神経構築への関与は免疫染色では確認されなかった。当初の予定通り、TNX欠失マウスが生まれ次第順次実験を遂行している。今後、TNX欠失マウスの繁殖が順調に行けば、n数を必要とするreal time RT-PCRでの定量的な比較検討に以降できる。また TRPファミリーとの関連も順次調査する予定である

  • 拡張したランダムペプチド集団から効率的に薬物リードを取得する方法の開発

    Project Year :

    2020.07
    -
    2022.03
     

     View Summary

    本研究では、ヘテロキラルなランダムライブラリから生物活性ペプチドを取得する方法を確立する。ビーズ当たり2^n種のジアステレオマーを提示できるone-bead-2^n-peptideライブラリから、標的タンパク質と結合するアミノ酸配列を決定した後、マルチペプチド合成を用いて結合活性を示すジアステレオマーを同定する。ここでは標的を抗体医薬に絞り、そのmimotopeを取得するプロトコルを確立する。特に、1ビーズ上にあるペプチド総量の1/2^nしかない単一のジアステレオマーへの結合を検出するために、Rolling Circle Amplificationを用いたシグナル増幅による高感度化を図る

  • 人工コラーゲン様ポリペプチドを用いた黄斑円孔治療用デバイス開発

    Project Year :

    2018
    -
    2021
     

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Specific Research 【 display / non-display

  • 3重らせん型ランダムペプチドライブラリからの生物活性ペプチドの探索

    2020   増田 亮

     View Summary

    コラーゲンは特徴的な3重らせん構造を有し、その3重らせん構造上に提示された特異なアミノ酸配列をタンパク質などの生体高分子が認識し、結合することで細胞の接着や分化といったさまざまな生物機能を発揮・制御している。我々はランダム領域を含むようにデザインした3重らせんペプチドライブラリを酵母内に構築し、そのなかからtwo-hybridアッセイによって標的タンパク質と結合するペプチドを選択することとした。標的として血管新生阻害タンパク質である色素上皮由来因子(pigment epithelium-derived factor, PEDF)を用い、スクリーニングを行った結果、天然のコラーゲンには存在しない新規な3重らせんペプチド配列を複数取得した。

  • 生体内コラーゲンの分子状態の可視化と医療への応用を目指した新規環状ペプチドの開発

    2019   金井沙也伽

     View Summary

    我々が開発した環状コラーゲン様ペプチド(cCMP)は、コラーゲン3重らせんの緩んだ部分にハイブリッド形成することにより、それを検出できるプローブである。しかし、保存中にcCMP同士がオリゴマー化し、変性コラーゲンへの結合能を失うことが問題であった。今回我々は、cCMPを構成するペプチド鎖内に、O-アシルイソペプチドを導入したものを設計・合成した。このO-アシルイソペプチド型cCMPは、酸性水溶液中では安定に存在したが、pHを7.4に変化させることで、O→Nアシル転移反応によりアミド型cCMPに変換され、変性コラーゲン結合能を獲得した。今回開発したcCMP前駆体は、変性コラーゲンを標的とした新規セラノスティクスのプロドラッグとして有望である。

  • 血栓形成を抑制する人工コラーゲンコーティング剤の開発

    2019   市瀬慎一郎

     View Summary

    我々はこれまでに、天然コラーゲンがもつ機能性アミノ酸配列を組み込むことで、特定の生物活性を付与できる人工コラーゲン様マテリアルを開発してきた。これを利用すれば、血液凝固を促進あるいは阻害するバイオマテリアルを作ることができると期待できる。今回我々は、種々のアミノ酸配列を別個に組み込んだ人工コラーゲンを作製し、それに対する血小板の接着・凝集を調べ、どの配列が血液凝固に大きく寄与しているのかを調べた。その結果、インテグリンやディスコイジンドメイン受容体、シンデカンに結合する配列に対し、血小板の結合が見られた。加えて、人工コラーゲンそのものがglycoprotein VIのリガンドとして働き、凝集を促進している可能性が示唆された。

  • コラーゲン3重らせんの自律的な熱適応機構へのシャペロンの介入による分子進化の促進

    2018   増田亮, 藤井一徳

     View Summary

    一般にタンパク質は、一次構造すなわち、遺伝的に規定された構造熱安定性を有しているとされる。しかし、コラーゲン3重らせん構造の熱安定性においては、プロリンの4位水酸化を主とする高度な翻訳後修飾による寄与が大きく、その分子メカニズムから、自律的フィードバック機構をもつ修飾量の調節によって熱安定性のチューニングがなされていることが推定される。本研究では、魚類から樹立された線維芽細胞株を様々な温度で培養し、分泌されたコラーゲンを分析した。その結果、コラーゲン3重らせんの熱安定性は環境温度に応じてチューンされうることが示された。

  • 緩んだコラーゲンを特異的に検出できるペプチドの構造最適化

    2018   瀧田講

     View Summary

    コラーゲンの3重らせんが緩んだ部分にハイブリッド形成して結合するペプチド(cCMP)の構造最適化研究を実施した。従来型cCMPはペプチド同士での3重らせん形成に伴い自己集合する性質があったため、使用直前に加熱変性する必要があり、これが実用化における問題であった。本研究では、cCMPを構成するペプチド鎖への電荷の導入および主鎖構造への歪の導入により、この問題を解決しようとした。多数作成した改変分子の中から、コラーゲンへのハイブリッド能を維持しつつ、自己集合能が低減された分子が得られた。この最適化cCMPを用いて、in vitroで変性コラーゲンを検出できた。また、その感度は、抗コラーゲン抗体のそれに匹敵した。

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Syllabus 【 display / non-display

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