Pathogenic mechanisms of hereditary neurological, immune, skeletal disorders caused by mutations in UDP metabolic enzyme
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23K06142
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
水本 秀二 名城大学, 薬学部, 准教授 (40443973)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉沢 隆浩 信州大学, 学術研究院総合人間科学系, 助教 (40713392)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | プロテオグリカン / グリコサミノグリカン / UDP / ノックアウトマウス / 糖転移酵素 / ヌクレオチダーゼ / 遺伝病 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞レベル：1) CANT1変異患者由来の細胞のCS・DS・HS生合成への影響を明らかにする。CANT1の変異により、蓄積したUDPの糖転移酵素およびUDP-糖輸送体活性への影響を明らかにする。2) UDP-GlcNAc生合成酵素であるGNPNAT1およびPGM3のノックアウト細胞をCRISPR/ Cas9法を用いて作製し、細胞のGAGを定量する
個体レベル：1) CANT1のノックアウトマウスのCS・DS・HSの合成量への影響を明らかする。2) GNPNAT1およびPGM3の変異マウスを用いて、軟骨分化、免疫系、脳神経系への影響を組織化学的・生化学的に解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
糖転移酵素反応により生じたUDPは、カルシウム依存性ヌクレオチダーゼ1 (CANT1) によりウリジン一リン酸 (UMP) に変換され、糖ヌクレオチド輸送体を介して細胞質に排出される。CANT1の変異によってデビュクオア骨異形成症または偽性捻曲性骨異形成症が発症する。さらに、GAGの生合成に関わるキシロース転移酵素 (XYLT)、グルクロン酸転移酵素-I (GlcAT-I)の変異によっても、デビュクオア骨異形成症または偽性捻曲性骨異形成症を発症する。UDPは糖転移反応の副産物として生成するが、CANT1の変異によってUDPがUMPに代謝されず、ゴルジ体内に蓄積される。この蓄積したUDPによって、XYLT1、GlcAT-IまたはUGDが阻害され、同じ遺伝病が発症したと考えた。そこで、UDPによるXYLT1、GlcAT-I、UGD酵素活性への阻害を調べた。さらに、原料であるUDP-Xylを合成するUDP-GlcAデカルボキシラーゼへの影響も調べた。その結果、XYLT活性、GlcAT-I活性、UDP-GlcAデカルボキシラーゼ活性は、UDPの存在下、顕著に低下した。したがって、CANT1の変異患者では、UDPをUMPに代謝できずに、蓄積したUDPがこれら三者の酵素反応を阻害し、キシロースおよびグルクロン酸の付加ができなくなることで、正常なプロテオグリカンが合成されず、GAG欠損症と同様も遺伝性の骨系統疾患を発症すると推定される。
また、GlcN6P-N-アセチル転移酵素1 (GNPNAT1)、GlcNAc6PをGlcNAc1Pに異性化するホスホグルコムターゼ3 (PGM3) の変異により、骨形成異常症を発症するが、変異タンパク質の酵素活性を測定するため、両遺伝子のサブクローニングを行った。
これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文1報、学会での発表を7回行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
種々の糖転移酵素の変異型酵素を発現させ、UDPによる阻害効果を実証し、学会報告した。さらに、GNPNAT1、PGM3のノックアウトマウスの作製に向け、遺伝子をクローニングした。
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| Strategy for Future Research Activity |
GNPNAT1、PGM3のノックアウトマウスを作出し、表現型の解析を行う予定である。
さらに、両遺伝子の変異に起因するヒトの遺伝病（近位肢節短縮型骨異形成症/脊椎骨端骨幹端異形症および知的障害・免疫不全を伴う骨形成異常症）の発症機序の解明のため、変異型酵素の酵素活性測定や、細胞内局在を調べる予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(12 results)
