ヒト赤血球代謝シミュレーションと代謝物質一斉測定技術による血液長期保存手法の開発

血液保存液PAGGG-M(phosphate-adenine-glucose-guanosine-gluconate-mannose)は保存血の品質保持に必須なATPと2,3-ビスホスホグリセリン酸(2,3-BPG)を6週間に渡って維持可能な保存液として注目を集めている(de Korte et al.,Transfusion,2008)。しかしPAGGG-MがATPを2,3-BPGの減少を阻止するメカニズムは明らかでない。本研究では数理モデルによるシミュレーションとメタボローム解析によってPAGGG-Mが代謝物質を維持するメカニズムの解明を試みた。PAGGG-Mによる保存を再現したモデルでの予測結果から、PAGGG-Mによって保存された赤血球では、1.アルカリ性の環境下でグアノシン代謝が亢進する2.グアノシンの消費によりペントースリン酸回路および解糖系上流部の基質が蓄積する3.蓄積した基質の利用により解糖系後半が活性化する、というメカニズムによって、効率よくATPと2,3-BPGを産生しているという仮説を提示した。さらに、キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計によって、ペントースリン酸回路のリボース5リン酸およびリブロース5リン酸、解糖系上流のフルクトース1,6ビスリン酸の蓄積を実験的に確認し、作成した代謝モデルと提唱した仮説の確からしさを実証することができた。以上により、代謝シミュレーションとメタボローム解析の双方向からのアプローチによって、低温保存された赤血球の代謝物質の減少を阻止するメカニズムを明らかにした。この成果は、「in silicoでの予測と網羅的なメタボローム解析により現象を根本から理解・説明する」という新たな方法論によって得られたものであり、血液保存研究に革新的かつ独創的な視点を与えることができたといえる。

血液保存液PAGGG-M(phosphate-adenine-glucose-guanosine-gluconate-mannose)は保存血の品質保持に必須なATPと2,3-ビスホスホグリセリン酸(2,3-BPG)を6週間に渡って維持可能な保存液として注目を集めている(de Korte et al.,Transfusion,2008)。しかしPAGGG-MがATPを2,3-BPGの減少を阻止するメカニズムは明らかでない。本研究では数理モデルによるシミュレーションとメタボローム解析によってPAGGG-Mが代謝物質を維持するメカニズムの解明を試みた。PAGGG-Mによる保存を再現したモデルでの予測結果から、PAGGG-Mによって保存された赤血球では、1.アルカリ性の環境下でグアノシン代謝が亢進する2.グアノシンの消費によりペントースリン酸回路および解糖系上流部の基質が蓄積する3.蓄積した基質の利用により解糖系後半が活性化する、というメカニズムによって、効率よくATPと2,3-BPGを産生しているという仮説を提示した。さらに、キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計によって、ペントースリン酸回路のリボース5リン酸およびリブロース5リン酸、解糖系上流のフルクトース1,6ビスリン酸の蓄積を実験的に確認し、作成した代謝モデルと提唱した仮説の確からしさを実証することができた。以上により、代謝シミュレーションとメタボローム解析の双方向からのアプローチによって、低温保存された赤血球の代謝物質の減少を阻止するメカニズムを明らかにした。この成果は、「in silicoでの予測と網羅的なメタボローム解析により現象を根本から理解・説明する」という新たな方法論によって得られたものであり、血液保存研究に革新的かつ独創的な視点を与えることができたといえる。