在动物和植物中,有三个重要的分子链,分别是由核酸构成的基因组、氨基酸相连构成的蛋白质以及单糖聚集形成的糖链。人类的基因组和蛋白质的结构及功能逐渐被阐明,生命科学取得了飞跃发展,但控制各种疾病并决定细胞特性的糖链由于难以分析,至今仍是一个未知的前沿领域。
日本东海国立大学机构、自然科学研究机构和创价大学为构建作为糖链研究基础的数据库,实施由日本引领世界的人类糖组项目(Human Glycome Project),签署了合作备忘录。项目代表门松健治(名古屋大学及岐阜大学糖链生命核心研究所所长)充满信心地表示:“将用5年时间分析约2万人的血液中所含的全部糖链,并公开数据库,促进与其他领域的融合研究,从而凭借日本主导的糖链研究引领世界,推动生命科学带来变革。”
左起依次为自然科学研究机构的小森彰夫机构长、东海国立大学机构的松尾清一机构长以及创价大学的田代康则理事长和门松健治项目代表
糖链存在于所有细胞的周围,决定着细胞的功能和特性。ABO血型由红细胞上附着的糖链决定,治疗流感病毒的药物达菲和依乐韦通过阻止气道上皮细胞上的部分糖链断裂来抑制病毒增殖。还有通过修改糖链将抗癌效果提高100倍的抗体药物。另外还发现,附着在抗体上的糖链类型决定着新冠病毒感染的重症度。
尽管糖链如此重要,但至今仍不清楚其全貌。原因是,由20种单糖构成的糖链有着不同的长度、组合和分支,种类非常多,另外,即使只分析一条糖链,也需要利用质谱法和NMR法等多种方法进行分析,既费时又费力。因此,虽然知道有些糖链与部分疾病有关,但对糖链整体的了解并没有进展,此外,很多生命科学领域的研究人员虽然很感兴趣,但并没有涉足糖链研究。
另一方面,日本的糖链研究水平很高。大约60%的糖链基因是在日本发现的,论文被引用次数相对来说也比癌症、神经科学和脂质等高出数倍。
人类糖组项目将利用日本的这些优势,为糖链研究奠定基础,以方便众多研究人员参与糖链研究,并由整个日本引领全球的糖链研究。最初5年将全面分析东京都健康长寿医疗中心的1万名健康人、名古屋大学的1000名健康人和国立长寿医疗研究中心的1万名痴呆症患者的血液样本中所含的全部糖链,建立痴呆症和衰老队列的糖链数据库。然后将分析对象扩大到各种器官样本以及癌症和糖尿病等疾病中。同时还将开发糖链检测的高级化、自动化和快速化检测技术,并利用信息科学进行大数据分析。此外,还将开发使糖链的形成机制(Atlas)实现可视化,开发改写糖链的技术,并在未来通过改写糖链与治疗疾病联系起来。
东海国立大学机构名古屋大学及岐阜大学糖链生命核心研究所(iGCORE)、自然科学研究机构生命创成探求中心(ExCELLS)与创价大学糖链生命系统融合研究所(GaLSIC)将开展合作,主导推进该项目。iGCORE负责糖链的结构分析和结构分析技术的开发,ExCELLS负责生物合成和分析技术的开发,GaLSIC负责信息科学与糖链生命科学的融合研究和数据库。另外,作为糖链生命科学合作网络型基地,这三家研究所被文部科学省认证为共同利用与共同研究基地,并将于明年4月启动。
东海国立大学机构长松尾清一表示:“该项目还被列入了去年9月公布的大型学术研究项目的发展蓝图中,得到了高度评价。我们机构也认识到这是一个重要的项目,每年将从学校预算中拨出数亿日元来支援该项目。”
自然科学研究机构长小森彰夫表示:“这是国立大学、私立大学和共同利用机构首次联合起来创建的一个联合使用的研究机构。我们相信可以发挥全球COE(Center of Excellence)的作用。”
创价大学理事长田代康则表示:“我们是唯一参与该项目的私立大学附属研究所。我们希望将以网络型基地为中心,发挥在糖链领域引领世界的使命。”
资金不足,需要政府支援
该项目得到了日本生物化学会、日本糖质学会和生物科学学会联盟等约20万人规模的科学家社区的支持,海外研究机构中,法国里尔大学、澳大利亚格里菲斯大学、加拿大艾伯塔大学和美国哈佛大学等也宣布与该项目合作。然而,该项目在10年内大约需要240亿日元的预算,目前只筹集到了数亿日元。门松代表与制药工业协会等多家企业进行沟通,还在筹集民间资金,由于是日本主导的领域,所以政府也需要提供一些支援。
原文:《科学新闻》
翻译编辑:JST客观日本编辑部