哺乳動物におけるサイクリックADPリボース分解機構の解明

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06454165
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高沢 伸 東北大学, 医学部, 講師 (50187944)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 那谷 耕司 東北大学, 医学部, 助手 (90202233)
• Keywords: CD38 / cyclic ADP-ribose / ADP-ribosyl cyclase / cyclic ADP-ribose hydrolase / 細胞内情報伝達物質 / 部位特異的点突然変異導入法 / インスリン分泌 / 遺伝子クローニング

Research Abstract

本研究の目的は研究代表者らが新しく見出した細胞内情報伝達物質であるcyclic ADP-ribose(cADPR)代謝の全容を解明するために哺乳動物cADPR分解酵素の実体を明らかし、cADPR分解酵素の活性調節機構と遺伝子発現調節機構を明らかにすることである。平成6年度の研究は順調に進行し、以下の様に研究目的が達成された。
1)ヒトリンパ球表面マーカーとして知られていたCD38に既に研究代表者らが明らかにしたcADPR合成活性のみならずcADPR分解酵素活性が検出され、CD38がヒトcADPR分解酵素であることが新たな知見として得られた。
2)CD38のcADPR分解活性は膵β細胞でグルコース刺激により上昇する濃度のATP(1-10mM)により阻害され、結果的にcADPRの産生量が増加する事が明らかとなり、グルコース刺激時のβ細胞でのcADPR量調節機構が解明された。
3)ラット膵ランゲルハンス島cDNAライブラリーからヒトCD38のホモログを単離した。このcDNAをCOS-7細胞で発現させcADPR代謝活性を測定したところ、ヒトCD38と同様にラット蛋白質にもcADPR合成活性とcADPR分解活性の両者が認められ、2)で明らかにした機構が実際の膵ランゲルハンス島で機能していることが明らかになった。
cADPR合成活性とcADPR分解活性の両者を有するラット、ヒトCD38のアミノ酸配列をcADPR合成活性のみ有するアメフラシcADPR合成酵素と比較したところ、CD38ではアメフラシ酵素中に含まれる10個のシステイン(Cys)が保存されているだけでなく、ラット、ヒトCD38間でのみ保存されている2個のCysが存在することが明らかになった。そこで、点突然変異導入法によるこのCysの改変を中心にCD38のcADPR合成、分解活性に必須のアミノ酸残基を同定を試みた。この結果、この2個のCys(ヒトCD38のCys119とCys201)がcADPR合成、分解活性に必須であり、これらのCysをアメフラシ型であるLysとGluに変異させると分解活性が消失することが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Akira Tohgo: "Essential cysteine residues for cyclic ADP-ribose synthesis and hydrolysis by CD38." Journal of Biological Chemistry. 269. 28555-28557 (1994)
• [Publications] Ichiro Kato: "Transgenic mice overexpressing human vasoactive intestinal peptide gene in pancreatic β-cells." Journal of Biological Chemistry. 269. 21223-21228 (1994)
• [Publications] Shao-Ying Hua: "Cyclic ADP-ribose modulates Ca^<2+> release channels for activation by physiological Ca^<2+> entry in bullfrog sympathetic neurons." Neuron. 12. 1073-1079 (1994)
• [Publications] Takuo Watanabe: "Pancreatic beta-cel replication and amelioration of surgical diabetes by Reg protein." Proceedings of the National Academy of Sciences of USA. 91. 3589-3592 (1994)
• [Publications] Tetsuhiko Koguma: "Cloning and characterization of cDNA encoding rat ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase (homologue to human CD38) from islets of Langerhans." Biochimica et Biophysica Acta. 1223. 160-162 (1994)
• [Publications] Kan-ichi Nakagawara: "Assignment of the gene for human leukocyte antigen CD38,that has cyclic ADP-ribose-synthesizing and -hydrolyzing activities,to chromosome 4p15." Cytogenetics and Cell Genetics. 69. 38-39 (1995)
• [Publications] Haruhiro Higashida: "Nicotinamide adenine dinucleotide regulates muscarinic receptor-coupled K^+(M) channels in rodent NG108-15 cells." Journal of Physiology. 482. 317-323 (1995)
• [Publications] Yuichi Hirata: "ADP ribosyl cyclase activity of a novel bone marrow stromal cell surface molecule,BST-1." FEBS Letters. 356. 244-248 (1995)
• [Publications] Akira Tohgo: "Structural determination and characterization of a 40 kDa protein isolated from rat 40 S ribosomal subunit." FEBS Letters. 340. 133-138 (1994)
• [Publications] Hikari Miyashita: "Characterization of 5'-regulatory region of rat Reg I gene." Biochimica et Biophysica Acta. 1219. 241-243 (1994)
• [Publications] Koji Nata: "The structure of the Aplysia kurodai gene encoding ADP-ribosyl cyclase,a second-messenger enzyme." Gene. (in press). (1995)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "New aspect to the physiological significance of NAD,poly ADP-ribose and cyclic ADP-ribose." Biochimie. (in press). (1995)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "A role of cyclic ADP-ribose in stimulus-secretion coupling in pancreatic beta-cells." 15th International Diabetes Federation Congress Abstracts. 15-15 (1994)
• [Publications] Atsuya Akabane: "Inhibition by nicotinamide of cytokine-induced nitric oxide synthase expression in pancreatic islets." 15th International Diabetes Federation Congress Abstracts. 97-97 (1994)
• [Publications] Hideto Yonekura: "Pancreatic beta-cell replication and amelioration of surgical diabetes by Reg protein." 15th International Diabetes Federation Congress Abstracts. 229-229 (1994)
• [Publications] Haruhiro Higashida: "NAD^+ and cADPR as endogenous regulators of muscarinic receptor-coupled potasseium M channels." 15th International Society for Neurochemistry Biennial Meeting Abstracts. (in press). (1995)
• [Publications] Haruhiro Higashida: "NAD^+ and cADPR as endogenous regulators of muscarinic receptor-coupled potasseium M channels." 4th International Brain Research Organization World Congress Abstracts. (in press). (1995)
• [Publications] 高沢 伸: "膵β細胞機能発現の新しい細胞内情報伝達物質cyclic ADP-ribose" 糖尿病記録号1993. 247-251 (1994)
• [Publications] 東郷 曉: "膵β細胞のセカンドメッセンジャー“cyclic ADP-ribose"の合成系とその調節機構" 糖尿病. 37. 224-224 (1994)
• [Publications] 東郷 曉: "Cyclic ADP-ribose合成酵素の構造、機能とその発現" 生化学. 66. 835-835 (1994)
• [Publications] 加藤一郎: "Cyclic ADP-ribose合成・分解酵素(CD38)遺伝子を膵ランゲルハンス島β細胞で過剰発現するトランスジェニックマウス作製とその解析" 生化学. 66. 835-835 (1994)
• [Publications] 篁 俊成: "ヒトcyclic ADP-ribose合成・分解酵素(CD38)遺伝子の構造と発現" 生化学. 66. 835-835 (1994)
• [Publications] 赤羽敦也: "サイトカイン刺激による膵ランゲルハンス島でのNitric Oxide Synthaseの発現誘導はニコチン酸アミドにより抑制される" 生化学. 66. 656-657 (1994)
• [Publications] 杉本孝子: "cyclic ADP-ribose合成酵素遺伝子の構造と発現" 生化学. 66. 1448-1448 (1994)
• [Publications] 杉本孝子: "アメフラシの生殖腺で特異的に発現するcyclic ADP-ribose合成酵素の遺伝子構造" 東北医学雑誌. 107. 78-79 (1994)
• [Publications] 東郷 曉: "セカンドメッセンジャーcyclic ADP-ribose 合成・分解反応に必須なCD38のCys119とCys201" 糖尿病. 38(in press). (1995)
• [Publications] 篁 俊成: "ヒトcyclic ADP-ribose合成・分解酵素(CD38)遺伝子の構造と染色体座位" 糖尿病. 38(in press). (1995)
• [Publications] 加藤一郎: "cyclic ADP-ribose合成酵素(CD38)を発現するトランスジェニックマウスにおけるインスリン分泌の増強" 糖尿病. 38(in press). (1995)
• [Publications] 赤羽敦也: "高濃度ニコチン酸アミドによるIL-1β誘導性膵β細胞機能障害の防止とその作用機序" 糖尿病. 38(in press). (1995)
• [Publications] 成島陽一: "5つの遺伝子から構成されるマウスRegファミリーの全容の解明" 糖尿病. 38(in press). (1995)
• [Publications] 小沢輝高: "ラット耳下腺単離小胞体標本によるリアノジン感受性Ca^<++>放出機構" 日本生理学会抄録. (in press). (1995)
• [Publications] Shin Takasawa: "Frontiers in Insulin Secretion and Pancreatic B-Cell Research" Peter R.Flatt and Sigurd Lenzen (Smith-Gordon)(in press), (1995)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "Diabetes 1994" Sigeaki Baba(Elsevier)(in press), (1995)