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

1995 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 / トランスジェニックマウス / 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にすることである。平成7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)平成6年度に哺乳動物cADPR合成・分解酵素であることを明らかにしたCD38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を作製した。このトランスジェニックマウスではグルコース刺激によるインスリン分泌が増強しており、結果的にグルコース刺激時の血糖はコントロールに比して低下していた。
2)グルコースやロイシン誘導体であるケトイソカプロン酸のように代謝されて細胞内ATP濃度上昇を来す刺激によってCD38過剰発現トランスジェニックマウスのインスリン分泌は増強したがATP感受性K^+チャンネルのブロッカーであるトルブタマイドや細胞膜興奮を促して膜電位依存性Ca^<2+>チャンネルを介する細胞外からのCa^<2+>動員をもたらすと考えられるKClはトランスジェニックマウスのインスリン分泌を増強しなかった。
3)このトランスジェニックマウスランゲルハンス島のCD38のcADPR分解酵素活性はATPにより濃度依存的に抑制され、細胞内cADPRもコントロールに比して高いことから、「グルコース刺激→細胞内ATPの上昇→CD38のcADPR分解活性の抑制→細胞内cADPR濃度の上昇→細胞内のCa^<2+>プールからのCa^<2+>動員→インスリン分泌」というcADPR分解活性の調節によるインスリン分泌機構の重要性が明らかになった。
4)平成6年度に単離した哺乳動物cADPR合成・分解酵素(CD38)cDNAをプローブにヒトCD38遺伝子を単離し、その構造と染色体座位を明らかにした。CD38遺伝子はヒト第4染色体短腕15上にマップされ、全長〜100kbpで8つのエキソンと7つのイントロンから構成されいた。遺伝子構成を先に我々がその構造を明らかにしたアメフラシのcADPR合成酵素と比較すると極めて保存性が高く、両遺伝子が共通の祖先型遺伝子から由来した可能性が明らかになった。

Research Products

• [Publications] Shin Takasawa: "Requirement of calmodulin-dependent protein kinase II in cyclic ADP-ribose-mediated intracellular Ca^<2+> mobilization." Journal of Biological Chemistry. 270. 30257-30259 (1995)
• [Publications] Ichiro Kato: "Regulatory of CD38(ADP-ribosyl cycalse/cyclic ADP-ribose hydrolase)in insulin secretion by glucose in pancretic B-cells." Journal of Biological Chemistry. 270. 30045-30050 (1995)
• [Publications] Koji Nata: "The structure of the Aplysia kurodai gene encoding ADP-ribosyl cyclase,a second-messenger enzyme." Gene. 158. 213-218 (1995)
• [Publications] Kan-ichi Nakagawara: "Assignment of the CD38 gene encoding the human leukocyte antigen CD38(ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase)to chromosome 4p15." Cytogenetics and Cell Genetics. 69. 38-39 (1995)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "New aspect of the physiological significance of NAD,poly ADP-ribose and cyclic ADP-ribose." Biochimie. 77. 356-363 (1995)
• [Publications] Yasuhito Furuya: "Cloning of a cDNA encoding rat bone marrow stromal cell antigen 1(BST-1)from the islets of Langerhans." Gene. 165. 329-330 (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] Tadahiro Karasawa: "NAD^+-glycohydrolase from Streptococcus pyogenes shows cyclic ADP-ribose forming activity." FEMS Microbiological Letters. 130. 201-204 (1995)
• [Publications] Atsuya Akabane: "Nicotinamide inhibits IRF-1 mRNA induction and prevent IL-1β-induced nitric oxide synthase expression in pancreatic Bcells." Biochemical and Biophysical Research Communications. 215. 524-530 (1995)
• [Publications] Hikari Miyashita: "Human REG family genes are tandemly ordered in a 95-kilobase region of chromosome 2p12." FEBS Letters. 377. 429-444 (1995)
• [Publications] Hideto Yonekura: "Identification of the five essential histidine residues for peptidylglycine monooxygenase." Biochemical and Biophysical Research Communications. 218. 495-499 (1996)
• [Publications] Ichiro Kato: "Enhancement of glucose-induced insulin secretion in transgenic mice overexpressing human VIP gene in pancreatic β cells." Annals of New York Academy of Science. (in press). (1996)
• [Publications] Masakyo Asahara: "Reg gene expression is increased in rat gastric enterochromaffin-like cells following water immersion stress" Gastroenterology. in press (1996)
• [Publications] 高沢 伸: "インスリン分泌におけるcyclic ADP-riboseの役割" 生化学. 67. 538-538 (1995)
• [Publications] 加藤一郎: "CD38トランスジェニックマウスのインスリン分泌" 生化学. 67. 538-538 (1995)
• [Publications] 東郷 暁: "CD38とアメフラシADP-ribosyl cyclaseのアミノ酸置換による酵素活性の変換" 生化学. 67. 540-540 (1995)
• [Publications] 篁 俊成: "CD38(ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase)とアメフラシADP-ribosyl cyclaseの遺伝子構造" 生化学. 67. 540-540 (1995)
• [Publications] 古谷保人: "ラットcyclic ADP-ribose合成酵素関連遺伝子産物BST-1の構造と発現" 生化学. 67. 697-697 (1995)
• [Publications] 宮下 曜: "Regファミリー遺伝子は全て同一の染色体部位に座位する" 生化学. 67. 540-540 (1995)
• [Publications] 赤羽敦也: "サイトカインのNO合成酵素誘導による膵β細胞機能障害とその防止の分子機構" 生化学. 67. 780-780 (1995)
• [Publications] 東郷 暁: "ヒトCD38のcyclic ADP-ribose合成・分解酵素活性について" 生化学. 67. 1323-1323 (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. 131-131 (1995)
• [Publications] 篁 俊成: "ヒトcyclic ADP-ribose合成・分解酵素(CD38)の遺伝子構造と染色体座位" 糖尿病. 38. 236-236 (1995)
• [Publications] 東郷 暁: "セカンドメッセンジャーcyclic ADP-ribose合成・分解に必須なCD38のCys119とCys201" 糖尿病. 38. 236-236 (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. 339-339 (1995)
• [Publications] 高沢 伸: "膵β細胞小胞体からのcyclic ADP-riboseによるCa^<2+>放出のCaM kinase IIによる増強" 糖尿病. 39(印刷中). (1996)
• [Publications] 東郷 暁: "ATPは直接CD38に作用してcyclic ADP-ribose分解活性を抑制する" 糖尿病. 39(印刷中). (1996)
• [Publications] 池端史子: "糖尿病患者における抗CD38(cyclic ADP-ribose合成・分解酵素)自己抗体の存在" 糖尿病. 39(印刷中). (1996)
• [Publications] 成島陽一: "ヒトREGファミリーの4つの遺伝子は第2染色体短腕12上の95kbp内に隣接して存在する" 糖尿病. 39(印刷中). (1996)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "The role of cycli ADP-ribose in stimulus-secretion coupling in pancreatic β-cells.in Diabetes 1994" Sigeaki Baba and Toshio Kaneko(Elsevier), 244-246 (1995)
• [Publications] Hiroshi Okamoto: "Methods in Enzymology(Vitamins and Coenzymes,Part I and J)(in press)" D.B.McCormic,J.W.Suttie and C.Wagner(Academic Press), (1996)