JP2001172296A - 軟骨型プロテオグリカンの精製方法 - Google Patents

軟骨型プロテオグリカンの精製方法

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nasal cartilage
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Yoshiaki Kudo
義昭 工藤
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Japan Science and Technology Agency
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KAKUHIRO CORP
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は軟骨型プロテオグリカンを完全
な形で容易に、且つ、安価に精製する方法を提供する事
を目的とする。 【構成】鮭の鼻軟骨から軟骨型プロテオグリカンを分離
精製することを特徴とする軟骨型プロテオグリカンの精
製方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は軟骨型プロテオグリ
カンの新規な精製方法に関する。
【0002】
【従来技術】プロテオグリカンは、生体内に複合糖質の
一種としてコラーゲン、ヒアルロン酸とともに細胞と細
胞の間にある細胞外マトリックスの主成分として存在す
る(図1)。そして、その構造は、単独では、分子量数
万から数十万のコアタンパク質に分子量数千から数十万
の糖鎖グリコサミノグリカン(GAG)が、数本から数
十本結合している(図2)。ここで、GAGとは、プロ
テオグリカンの代謝物であり、その基本骨格によりコン
ドロイチン硫酸、デルマタン硫酸など数種のものがあ
り、各々生物活性ドメインを持つ。GAGは、基本的に
はアミノ糖とウロン酸が結合したもの二糖の繰り返し構
造から成る直鎖状の多糖で、ヒアルロン酸以外は、コア
タンパク質に結合してプロテオグリカンの形で存在して
いる。ところで、このプロテオグリカンの従来の精製方
法は、主として牛や鯨等の軟骨より超遠心機により分離
した後、イオン交換樹脂を用いたカラムクロマトグラフ
ィー等の方法によっているが、操作が煩雑なうえ、収率
も低く、又原材料の安価な入手も困難なため、非常に高
コストである。
【0003】細胞外マトリックスの各分子は、細胞外マ
トリックス中の他の分子や細胞と結合、あるいは接着し
て相互作用し、組織の構造支持体となると同時に、細胞
の形や、増殖、分化、移動、代謝などを調節している。
これらの分子やGAGは、単独でも水分保持、補充、解
毒、鎮痛などの機能をもつが、互いに結合、あるいは接
着し、巨大な構造になって相互作用したときには、より
大きな効果を発揮する。また、プロテオグリカンは、コ
ラーゲン、ヒアルロン酸、GAGのみの構造よりも、巨
大かつ複雑であるため、単独でも他より高い水分保持、
補充能力をもつとともに、GAG糖鎖部分の種類や長さ
に依存した他の機能をも期待できる。しかも、将来、糖
鎖の組み換えとそのタンパク質への導入が容易になれ
ば、プロテオグリカンの機能の幅も広がることが期待さ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来プロテ
オグリカンは、牛や鯨等の軟骨より超遠心機により分離
した後、陰イオン交換樹脂を用いたカラムクロマトグラ
フィー等の方法により精製しているが、操作が煩雑なう
え、収率も低く、そのため現時点ではこのプロテオグリ
カンは非常に高価で稀少価値の高い物質であり、その有
用性を調べるための供給は難しい。また、サケ鼻軟骨よ
り糖鎖(GAG)のみの単離はされているが、プロテオ
グリカンとしての完全な形での単離及び利用はされてい
ない。そこで、本発明者はプロテオグリカンを完全な形
で安価に精製すべく種々検討した結果、サケ鼻軟骨より
プロテオグリカンを完全な形で抽出することに成功し、
本発明を完成したもので、本発明の目的は軟骨型プロテ
オグリカンを完全な形で容易に、且つ、安価に精製する
方法を提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、鮭の鼻軟骨か
ら分離精製を特徴とする軟骨型プロテオグリカンの精製
方法であり、その方法として、鮭の鼻軟骨を粉砕、脱脂
処理を施して得た脱脂乾燥粉末を抽出溶媒で抽出し、得
られた抽出液から粗プロテオグリカンを分離精製し、し
かる後、透析を行うことを特徴とする。抽出するに当た
り使用する抽出溶液は、タンパク質分解酵素阻害剤を含
むことが望ましい。
【0006】
【発明の実施の態様】本発明について詳細に述べる。サ
ケ鼻軟骨は正式には吻軟骨と称されているものであり、
本発明ではこのサケ鼻軟骨を使用することを特徴として
いる。特にサケの種類には関係はなく、何れのサケも使
用できる。本発明ではこのサケ鼻軟骨を、約5mm四方
程度の細片に切断、粉砕後、脱脂処理を行なう。脱脂処
理に際して、使用する溶剤は特に限定はされないが、出
来る限り脱脂を完全に行なう。脱脂に使用する溶剤とし
ては通常の溶剤を使用することが出来るが、例えばアセ
トン、クロロホルム−メタノール混合溶剤等である。
【0007】脱脂処理を施して得た乾燥粉末について抽
出処理を施す。抽出処理に使用する抽出溶媒としては
0.15M KCl溶液等が使用できるが、プロテオグ
リカン製品の均一性及び収率の点から4Mグアニジン塩
酸溶液を使用することが好ましい。抽出処理は1回でも
ある程度の量の粗プロテオグリカンが得られるが、粗プ
ロテオグリカンの収率を向上させるために2回程度行な
うことが有効である。1回目に使用する抽出溶媒と2回
目に使用する抽出溶媒とは同一であっても、また、異な
っていてもよい。抽出溶媒には各種タンパク質分解酵素
阻害剤を添加しておくことが好ましい。タンパク質分解
酵素阻害剤としてはフェニルメタンスルホニルフルオリ
ド(PMSF)、N−エチルマレイミド(NEM)、ペ
プスタチン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)を使
用することが出来る。
【0008】抽出して得られた粗プロテオグリカンを分
離精製し、しかる後、透析を行なうことにより高純度の
プロテオグリカンを得ることができる。分離精製手段と
しては陰イオン交換樹脂等を使用し、また、透析にはセ
ルロースエステル透析チューブ等を使用する。分離精製
及び透析の条件としては、粗プロテオグリカン抽出液
に、直接陰イオン交換樹脂を添加し、吸収性の違いによ
り分離する。又、透析チューブは排除限界が分子量10
0万のものを使用する。
【0009】
【実施例】本発明を実施例をもって、更に具体的に説明
する。 実施例 青森県沿岸で採れたシロサケの頭部を−30℃保存から
解凍(4℃、20時間)し、生理的食塩水で洗浄後、カ
ミソリを用いて鼻軟骨を取り出した。サケ鼻軟骨は約8
00g(50匹相当)の鼻軟骨を出発材料として使用し
た。ピンセットを使って固形脂肪をできる限り除去した
後、冷アセトンと冷クロロホルムーメタノール(2:
1)を用いて脱脂し、デシケーター中、減圧乾燥を行
い、サケ鼻軟骨の脱脂乾燥粉末82gを得た。これを各
種タンパク質分解酵素阻害剤(1mMフエニルメタンス
ルホニルフルオリド(PMSF)、0.01Mエチレン
ジアミン四酢酸(EDTA)、0.01M N−エチル
マレイミド(NEM)、3.6mMペプスタチン)を含
む20倍量(w/v)の4Mグアニジン塩酸溶液(50
mMトリス塩酸緩衝液、pH7.3)(以下これを抽出
溶媒1とする)中で、4℃にて24時間抽出後、ステン
レス−スチール メッシュ(150μm)にて濾過し、
その濾液を10,000rpm、4℃にて60分間遠心
分離を行い、その上澄み(約1.4l)を粗プロテオグ
リカン抽出画分(乾燥品としては38g)として得た。
この粗プロテオグリカン抽出画分に水を加えて2倍に稀
釈後、3倍量(v/v)の冷95%(v/v)エタノール、
1.3%(w/v)酢酸カリウムを加え攪拌後、4℃に
て30分間遠心分離を行い、その沈殿画分を回収した。
続いて、1lの7M尿素溶液(50mMトリス塩酸緩衝
液、pH7.3、前述と同じ各種タンパク質分解酵素阻
害剤を含む)(以下抽出溶媒2とする)に溶解し、それ
に抽出溶媒2で平衝化した1l陰イオン交換樹脂(DEAE
−Sephacel)を加え、4℃にて24時間放置した。同抽
出溶媒で陰イオン交換樹脂を十分に洗浄した。さらに、
0.2MNaClを含む抽出溶媒2で洗浄後、NaCl
濃度を2.0Mに上げた抽出溶媒2でプロテオグリカン
を溶出させた。その溶出画分を水に対して十分に透析、
凍結乾燥し1.4gの高純度プロテオグリカンを得た。
得られたプロテオグリカンの物理化学的性質と純度につ
いて調べた。プロテオグリカンの組成分析の結果を表1
に示した。
【0010】
【表1】
【0011】表1においてウロン酸及び硫酸はヘキソサ
ミンを1.00モルとしたときのモル比で、その値はそ
れぞれ0.99と0.77であり、ほぼ当量存在するこ
とが知られた。また、コアタンパク質は6.86%(w
/w)であり、ウロン酸との比(コアタンパク質/ウロ
ン酸)は0.21(w/w)であった。この値はプロテ
オグリカンの純度を示す一つの値であり、その理論値
0.2に近似していた。また、5〜10%ポリアクリル
アミドゲルを使って、SDS−PAGEを行った。20mA/
ゲルの条件で約2時間電気泳動した後、コマジーブリリ
アントブルーR−250でタンパク質染色を行った(図
3参照)。その結果、プロテオグリカンは分離ゲルには
入らず、分子量は少なくとも500,000以上である
ことが示された。さらに、他の染色されたバンドは見ら
れなかった。以上2つの結果は、このサケ鼻軟骨プロテ
オグリカンが高純度であることを示している。従って、
上述の実施例より50匹分のサケ鼻軟骨を出発原料とし
て、約1.4gのプロテオグリカンを得ることに成功し
たことになる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたように、本発明はサケ鼻軟骨
を出発原料として使用し、これより高純度のプロテオグ
リカンを完全な形で分離精製することが出来たので、医
用材料、化粧品材料、医薬品などの実用化への道が拓か
れることが期待される。さらに、今後糖鎖工学的に新た
な付加価値を付ける事により、サケ鼻軟骨プロテオグリ
カンは高機能性素材に生まれ変わることも可能となり、
より高度な応用製品の開発が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】細胞外マトリックスの模式図
【図2】プロテオグリカンの構造を示す模式図
【図3】精製プロテオグリカンのSDS−ポリアクリル
アミド電気泳動像
【符号の説明】 1 プロテオグリカン 2 ヒアルロン酸 3
コラーゲン 4 コアタンパク質 5 グリコサミノグリカン糖

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鮭の鼻軟骨から軟骨型プロテオグリカンを
    分離精製することを特徴とする軟骨型プロテオグリカン
    の精製方法。
  2. 【請求項2】 分離精製が鮭の鼻軟骨を粉砕、脱脂処理
    を施して得た脱脂乾燥粉末を抽出溶媒で抽出し、得られ
    た抽出液から粗プロテオグリカンを分離精製し、しかる
    後、透析を行うことを特徴とする請求項1記載のプロテ
    オグリカンの精製方法。
  3. 【請求項3】 陰イオン交換樹脂と透析膜を使用するこ
    とを特徴とする請求項2記載のプロテオグリカンの精製
    方法。
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