スフィンゴシン1-リン酸代謝経路に関わる遺伝子の同定と関連疾患の解析

• Project Area: Machineries of bioactive lipids in homeostasis and diseases
• Project/Area Number: 25116701
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 木原 章雄 北海道大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (50333620)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000); Fiscal Year 2014: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2013: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
• Keywords: 脂質 / スフィンゴ脂質 / スフィンゴシン1-リン酸 / アルデヒドデヒドロゲナーゼ / 皮膚疾患 / 神経疾患 / シェーグレン・ラルソン症候群 / 脂質メディエーター / 代謝異常症 / 生体膜 / 脂肪族アルデヒドデヒドロゲナーゼ / グリセロリン脂質

Outline of Annual Research Achievements

スフィンゴ脂質の細胞内量は合成と分解のバランスによって維持されており，その破綻は様々な組織・細胞機能低下や疾患を引き起こす。スフィンゴシン1-リン酸（S1P）は脂質メディエーターとしての役割を持つが，スフィンゴ脂質の長鎖塩基部分（スフィンゴシン）の分解経路における代謝中間体としても重要である。我々はこれまでにS1Pの代謝経路の解明とその過程で働く遺伝子群の同定を行ってきた。同定した遺伝子の中には脂肪族アルデヒドデヒドロゲナーゼALDH3A2が含まれ，この遺伝子変異は皮膚神経疾患であるシェーグレン・ラルソン症候群（SLS）を引き起こすことが知られている。
本研究では，Aldh3a2ノックアウトマウスの解析を通じて，SLS発症の分子メカニズムの解明を試みた。Aldh3a2ノックアウトマウスではSLSで見られるような明らかな皮膚表現型が観察されなかった。この原因としてアルデヒドデヒドロゲナーゼであるALDH3B2がヒトでは機能せず，マウスにおいてのみ機能し，皮膚で活性を持つためであることを見出した。また，マウスALDH3B2はC末端領域のトリプトファン残基と脂質修飾により，脂肪滴に局在することも明らかにした。Aldh3a2ノックアウトマウスの表皮を電子顕微鏡によって詳細に調べたところ，基底層のケラチノサイト間の細胞間隙が広がっている様子が観察された。また，ケラチノサイトの細胞増殖と酸化ストレスが亢進していることも明らかとなった。脳白質と脊髄の電子顕微鏡観察では，有髄神経の軸索の直径が低下するといった異常が見られた。
フィトスフィンゴシンは4位に水酸基を持つ長鎖塩基である。我々はこの代謝過程に働く因子としてMpo1を同定した。細胞を用いた解析とin vitroでの解析からMpo1はフィトスフィンゴシン代謝産物である2-ヒドロキシパルミチン酸以降の代謝に関与することが明らかになった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mouse aldehyde dehydrogenase ALDH3B2 is localized to lipid droplets via two C-terminal tryptophan residues and lipid modification. (2015)
  • Author(s): Kitamura T, Takagi S, Naganuma T, Kihara A
  • Journal Title: Biochem J Volume: 465 Issue: 1 Pages: 79-87
  • DOI: 10.1042/bj20140624
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of the phytosphingosine metabolic pathway leading to odd-numbered fatty acids. (2014)
  • Author(s): Kondo N, Ohno Y, Yamagata M, Obara T, Seki N, Kitamura T, Naganuma T, Kihara A
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 5 Issue: 1 Pages: 5338-5338
  • DOI: 10.1038/ncomms6338
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dual functions of the trans-2-enoyl-CoA reductase TER in the sphingosine-1-phosphate metabolic pathway and in fatty acid elongation (2014)
  • Author(s): Wakashima T, Abe K, Kihara A
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 36 Pages: 24736-24748
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.571869
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] スフィンゴ脂質の代謝と関連疾患 (2014)
  • Author(s): 木原章雄
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 248 Pages: 1112-1118
• [Journal Article] Sphingosine 1-phosphate is a key metabolite linking sphingolipids to glycerophospholipids (2014)
  • Author(s): Kihara A
  • Journal Title: Biochimica et biophysica acta Volume: 1841 Issue: 5 Pages: 766-772
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2013.08.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Integrin α9 on lymphatic endothelial cells regulates lymphocyte egress (2014)
  • Author(s): Ito K, Morimoto J, Kihara A, Matsui Y, Kurotaki D, Kanayama M, Simmons S, Ishii M, Sheppard D, Takaoka A, Uede T
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 111 Issue: 8 Pages: 3080-3085
  • DOI: 10.1073/pnas.1311022111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Substrate specificity, plasma membrane localization, and lipid modification of the aldehyde dehydrogenase ALDH3B1 (2013)
  • Author(s): Kitamura T, Naganuma T, Abe K, Nakahara K, Ohno Y, Kihara A
  • Journal Title: Biochimica et biophysica acta Volume: 1831 Issue: 8 Pages: 1395-1401
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2013.05.007
  • NAID: 120005316992
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutation for nonsyndromic mental retardation in the trans-2-enoyl-CoA reductase TER gene involved in fatty acid elongation impairs the enzyme activity and stability, leading to change in sphingolipid profile (2013)
  • Author(s): Abe K, Ohno Y, Sassa T, Taguchi R, Çali şkan, M, Ober C, Kihara A
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 288 Issue: 51 Pages: 36741-36749
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.493221
  • NAID: 120005385316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of acyl-CoA synthetases involved in the mammalian sphingosine 1-phosphate metabolic pathway (2013)
  • Author(s): Ohkuni A, Ohno Y, Kihara A
  • Journal Title: Biochemical and biophysical research communications Volume: 442 Issue: 3-4 Pages: 195-201
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.11.036
  • NAID: 120005385315
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] スフィンゴシン1-リン酸の代謝経路の全容と中間代謝体としての重要性 (2013)
  • Author(s): 木原章雄
  • Journal Title: 生化学 Volume: 85 Pages: 553-557
  • NAID: 10031190084
• [Journal Article] スフィンゴシン1-リン酸の代謝経路 (2013)
  • Author(s): 木原章雄
  • Journal Title: 遺伝子医学MOOK Volume: 24 Pages: 175-179
• [Presentation] Phytosphingosine is a source of odd-numbered fatty acids via a novel pathway involving the MPO1 gene (2015)
  • Author(s): Kondo N, Ohno Y, Yamagata M, Nagamuma T, Kihara A
  • Organizer: 6th International conference on phospholipase A2 and lipid mediators
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-02-10 – 2015-02-12
• [Presentation] Aldh3a2 knockout mice as a potential model for Sjogren-Larsson syndrome (2015)
  • Author(s): Sassa T, Kanetake T, Nagamuma T, Takagi S, Kitamura T, Kihara A
  • Organizer: 6th International conference on phospholipase A2 and lipid mediators
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-02-10 – 2015-02-12
• [Presentation] 長鎖塩基の吸収と代謝の分子メカニズム (2014)
  • Author(s): 近藤菜月, 成田智美, 大野祐介, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 第7回セラミド研究会学術集会
  • Place of Presentation: 東京ユビキタス協創広場CANVAS（東京都中央区）
  • Year and Date: 2014-10-30 – 2014-10-31
• [Presentation] 脂肪族アルデヒド脱水素酵素Aldh3bファミリーの活性と細胞内局在 (2014)
  • Author(s): 北村拓也, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群原因遺伝子Aldh3a2の欠損はマウスケラチノサイトにおいて細胞増殖の亢進とアシルセラミド量の低下を引き起こす (2014)
  • Author(s): 永沼達郎, 高木秀侑, 金武司, 北村拓也, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群原因遺伝子Aldh3a2 KOマウスを用いた脳における生化学的解析 (2014)
  • Author(s): 金武司, 佐々貴之, 高木秀侑, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群原因遺伝子ALDH3A2の表皮における機能解析 (2014)
  • Author(s): 高木秀侑, 永沼達郎, 金武司, 北村拓也, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 長鎖塩基のグリセロ脂質への代謝経路と代謝酵素の同定 (2014)
  • Author(s): 木原章雄
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
  • Invited
• [Presentation] 脂肪滴に局在する脂肪族アルデヒド脱水素酵素Aldh3b2の解析 (2014)
  • Author(s): 北村拓也, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 日本生化学会北海道支部第51回支部例会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-18
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群における皮膚魚鱗癬発症メカニズムの解析 (2014)
  • Author(s): 永沼達郎, 高木秀侑, 金武司, 北村拓也, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 日本生化学会北海道支部第51回支部例会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-18
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群原因遺伝子Aldh3a2ノックアウトマウスを用いた神経症状発症の分子機構の解析 (2014)
  • Author(s): 佐々貴之, 金武司, 高木秀侑, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 第56回日本脂質生化学会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市）
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-07
• [Presentation] シェーグレン・ラルソン症候群原因遺伝子Aldh3a2の中枢神経系における機能解析 (2014)
  • Author(s): 金武司, 佐々貴之, 高木秀侑, 永沼達郎, 木原章雄
  • Organizer: 日本薬学会北海道支部141回例会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25
• [Presentation] フィトスフィンゴシンは奇数鎖脂肪酸へと代謝される (2013)
  • Author(s): 大野祐介, 近藤菜月, 山形麻旗, 木原章雄
  • Organizer: 第55回日本脂質生化学会
  • Place of Presentation: ホテル松島大観荘（仙台市）
• [Presentation] Identification of long-chain base 1-phosphate metabolic pathway (2013)
  • Author(s): Kihara A
  • Organizer: FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic)
  • Place of Presentation: ニセコヒルトンビレッジ（北海道）
  • Invited
• [Presentation] フィトスフィンゴシンの代謝経路の同定と奇数鎖脂肪酸への代謝 (2013)
  • Author(s): 大野祐介, 近藤菜月, 山形麻旗, 木原章雄
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
• [Presentation] スフィンゴシン1－リン酸代謝経路における還元酵素の同定 (2013)
  • Author(s): 若島健志, 安部健介, 木原章雄
  • Organizer: 第12回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2013
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京）
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.html
• [Remarks] 論文紹介
  • URL: http://www.usaco.co.jp/article/index.html#category=,&keyword=&page_custom=1
• [Remarks] 北海道大学生化学研究室
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.html
• [Remarks] 新学術領域研究「生命応答を制御する脂質マシナリー」
  • URL: http://plaza.umin.ac.jp/lipids/index.html