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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Interaction between brain function and inflammation mediated by prostaglandin D2

Research Project

Project/Area Number 16H01881
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

裏出 良博  筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 教授 (10201360)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 島本 茂  近畿大学, 理工学部, 講師 (00610487)
藤森 功  大阪薬科大学, 薬学部, 教授(移行) (70425453)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords睡眠 / 炎症 / 脂質メディエーター / 結晶構造解析 / 筋ジストロフィー / G蛋白質結合型受容体 / 酵素
Outline of Annual Research Achievements

睡眠や炎症の調節に関与する脂溶性生理活性物質であるプロスタグランジン(PG)D2に関する研究を行なっている。PGD2の産生を司るリポカリン型と造血器型の2種類の合成酵素について、酵素・阻害剤複合体のNMR溶液構造とX線結晶構造に基いた新規阻害剤の開発や酵素反応機構の解析を進めている。国内製薬企業と共同開発した造血器型酵素阻害薬TAS205は、現在も治療法の無い難病であるデュシェンヌ型筋ジストロフィーの患者を対象とした探索的薬効評価試験が終了して、現在、解析作業が進んでいる。国際宇宙ステーションを利用した無重力環境でのヒト造血器型酵素とTAS205複合体の高品質結晶化実験を行い、大型放射光施設SPring-8での高分解能X線結晶回折データを収集して、最高分解能の構造座標の決定を進めている。この構造座標を利用して、TAS-205と同程度の薬効が期待できる阻害剤を理論的に安価に設計できる。細胞質に存在する造血器型酵素が、PGD2産生時には小胞体に移動し、膜蛋白質カベオリンと結合して本酵素の基質を産生するシクロオキシゲナーゼと共役する可能性を見出した。現在、その機能性複合体の証明を行なっている。PGD2受容体について、Gs共役型受容体のDP受容体とGi/Gq共役型受容体のCRTH2受容体の遺伝子欠損マウス(Balb/c系)を免疫して、マウスDP、マウスとヒトCRTH2それぞれに対するモノクローナル抗体を作製した。さらに、CRISPER/Cas-9遺伝子編集法を用いて、 DP受容体のN末端にFlag-tagを挿入したTGマウスと、同C末端側にIRES-EGFPを挿入したTGマウスを作製した。これらモノクローナル抗体と、TGマウスでのFlag抗体染色や蛍光蛋白質の発現解析により両受容体の細胞局在の解析を進めている。動物睡眠測定系を用いて様々な睡眠成分を見出し、一部は商品化された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度も国際宇宙ステーションを利用した無重力環境でのヒト造血器型酵素とTAS205複合体の高品質結晶化実験を行い、SPring-8大型放射光施設での高分解能X線結晶回折データの収集を終了して、現在、最高分解能での構造座標の精密化作業を進めている。さらに本酵素の水素原子の座標決定のために中性子線結晶構造解析プロジェクトを米国の研究者と開始した。本酵素とカベオリンとの結合にはカベオリンのスカフォールド・ドメイン内の10数残基の配列が重要であることを突き止めた。本配列は疎水性が高く非特異的結合が高いので親水性配列との融合ペプチドを用いた実験を継続している。リポカリン型酵素が基質(PGH2)や生成物(PGD2)以外にも様々なPG類をリガンドとして結合することを、示差熱的定法により証明した。現在、解離定数や化学量論的な解析を進め、結果をまとめている。PGD2の情報伝達を担うDP受容体とCRTH2受容体の細胞分布を知ることは、PGD2の生理・病理機能の理解に不可欠だが、各受容体に特異的な抗体がない。そこで、各受容体の遺伝子欠損マウス(Balb/c系)を免疫して、マウスDP、マウスCRTH2、ヒトCRTH2それぞれに対するモノクローナル抗体を作製した。特に、マウスCRTH2に対する抗体は、当該受容体の細胞外ループを認識し、同受容体に対するアンタゴニスト活性を示した。CRISPER/Cas-9法を用いて、 DP受容体のN末端にFlag-tagを挿入したTGマウスと、C末端側にIRES-EGFPを挿入したTGマウスを作製した。これらのマウスを用いたFlag抗体染色と蛍光蛋白質の発現解析を開始した。

Strategy for Future Research Activity

筑波大学での研究を終了して、次年度より東京大学医学部附属病院と北里大学薬学部において研究を継続する。国際統合睡眠医科学研究機構での睡眠研究への集中から、炎症分野での研究を拡大して加速する。
国際宇宙ステーションでの高品質結晶化実験も次年度の継続が内定している。最終年度中に最高分解能のH型酵素・阻害剤の複合体構造の決定を終了する。さらに。中性子線結晶構造解析に向けた大型結晶の作製法や重水素置換体酵素発現法の開発の共同研究を開始した。
デュシェンヌ型筋ジストロフィー治療薬として、H型酵素阻害と同じ薬効が期待できるDP受容体拮抗薬やCRTH2受容体拮抗薬について、モデル動物(mdxマウス)を用いた投与実験の準備を進めている。上記試薬について開発企業からの提供の内諾を得ている。準備が整い次第実験を開始する。
最終年度での目標達成に向け分担研究者の再編を行い、本研究課題をさらに推進する。

  • Research Products

    (28 results)

All 2018 2017

All Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 12 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 12 results)

  • [Journal Article] Generation and characterization of an antagonistic monoclonal antibody against an extracellular domain of mouse DP2 (CRTH2/GPR44) receptors for prostaglandin D22017

    • Author(s)
      Nagata Nanae、Iwanari Hiroko、Kumagai Hidetoshi、Kusano-Arai Osamu、Ikeda Yuichi、Aritake Kosuke、Hamakubo Takao、Urade Yoshihiro
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 12 Pages: e0175452

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0175452

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 平成 26年度採択地球観測技術等調査研究委託事業 「高品質蛋白結晶化技術の宇宙科学研究拠点形成」について:宇宙科学研究拠点形成 の取り組み2017

    • Author(s)
      裏出 良博
    • Journal Title

      Int. J. Microgravity Sci. Appl.

      Volume: 34 Pages: 340102-1-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Adenosine A2A receptor deficiency attenuates the somnogenic effect of prostaglandin D2 in mice2017

    • Author(s)
      Zhang Bin-jia、Huang Zhi-li、Chen Jiang-fan、Urade Yoshihiro、Qu Wei-min
    • Journal Title

      Acta Pharmacologica Sinica

      Volume: 38 Pages: 469~476

    • DOI

      10.1038/aps.2016.140

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Triethylene glycol, an active component of Ashwagandha (Withania somnifera) leaves, is responsible for sleep induction2017

    • Author(s)
      Kaushik Mahesh K.、Kaul Sunil C.、Wadhwa Renu、Yanagisawa Masashi、Urade Yoshihiro
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 12 Pages: e0172508

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0172508

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interleukin-1β induces sleep independent of prostaglandin D 2 in rats and mice2017

    • Author(s)
      Zhang Bin-Jia、Shao Shu-Rong、Aritake Kosuke、Takeuchi Atsuko、Urade Yoshihiro、Huang Zhi-Li、Lazarus Michael、Qu Wei-Min
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 340 Pages: 258~267

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2016.09.053

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Prostaglandin D 2 enhances lipid accumulation through suppression of lipolysis via DP2 (CRTH2) receptors in adipocytes2017

    • Author(s)
      Wakai Eri、Aritake Kosuke、Urade Yoshihiro、Fujimori Ko
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 490 Pages: 393~399

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.06.053

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A novel neurological function of rice bran: a standardized rice bran supplement promotes non-rapid eye movement sleep in mice through histamine H1 receptors2017

    • Author(s)
      Um Min Young、Kim Sojin、Jin Young-Ho、Yoon Minseok、Yang Hyejin、Lee Jaekwang、Jung Jonghoon、Urade Yoshihiro、Huang Zhi-Li、Kwon Sangoh、Cho Suengmok
    • Journal Title

      Mol Nutr Food Res.

      Volume: 61 Pages: 1700316~1700316

    • DOI

      10.1002/mnfr.201700316

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Octacosanol restores stress-affected sleep in mice by alleviating stress2017

    • Author(s)
      Kaushik Mahesh K.、Aritake Kosuke、Takeuchi Atsuko、Yanagisawa Masashi、Urade Yoshihiro
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 7 Pages: 8892

    • DOI

      10.1038/s41598-017-08874-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Slow-wave sleep is controlled by a subset of nucleus accumbens core neurons in mice2017

    • Author(s)
      Oishi Yo、Xu Qi、Wang Lu、Zhang Bin-Jia、Takahashi Koji、Takata Yohko、Luo Yan-Jia、Cherasse Yoan、Schiffmann Serge N.、de Kerchove d’Exaerde Alban、Urade Yoshihiro、Qu Wei-Min、Huang Zhi-Li、Lazarus Michael
    • Journal Title

      Nat. Commun

      Volume: 8 Pages: 734

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00781-4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dopamine D1 receptor subtype mediates acute stress-induced dendritic growth in excitatory neurons of the medial prefrontal cortex and contributes to suppression of stress susceptibility in mice2017

    • Author(s)
      Shinohara R、Taniguchi M、Ehrlich A T、Yokogawa K、Deguchi Y、Cherasse Y、Lazarus M、Urade Y、Ogawa A、Kitaoka S、Sawa A、Narumiya S、Furuyashiki T
    • Journal Title

      Mol. Psychiatry

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1038/mp.2017.177

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Natural (?9-THC) and synthetic (JWH-018) cannabinoids induce seizures by acting through the cannabinoid CB1 receptor2017

    • Author(s)
      Malyshevskaya Olga、Aritake Kosuke、Kaushik Mahesh K.、Uchiyama Nahoko、Cherasse Yoan、Kikura-Hanajiri Ruri、Urade Yoshihiro
    • Journal Title

      Sci. Rep

      Volume: 7 Pages: 10516

    • DOI

      10.1038/s41598-017-10447-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neurobiological Basis of Hypersomnia2017

    • Author(s)
      Urade Yoshihiro
    • Journal Title

      Sleep Medicine Clinics

      Volume: 12 Pages: 265~277

    • DOI

      10.1016/j.jsmc.2017.03.003

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Adenosine and Sleep2017

    • Author(s)
      Lazarus Michael、Chen Jiang-Fan、Huang Zhi-Li、Urade Yoshihiro、Fredholm Bertil B.
    • Journal Title

      Handbook of Experimental Parmacology

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1007/164_2017_36

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] リポカリン型プロスタグランジンD合成酵素のリガンド相互作用解析~熱力学的パラメータと構造情報の相関~2017

    • Author(s)
      島本 茂,丸野 孝浩
    • Journal Title

      Netsu Sokutei

      Volume: 44 Pages: 107-115

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プロスタグランジンD2に学ぶ:睡眠研究から筋ジス治療薬の開発まで2018

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      Tokyo Ophthalmology Clab
    • Invited
  • [Presentation] An antagonist of hypocretin/orexin receptor, Suvorexant, induces narcolepsy in wild-type mice2018

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2018 Asian Society of Sleep Medicine
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular recognition mechanism of Hematopoietic Prostaglandin D Synthase with cofactor and its substrate2018

    • Author(s)
      島本茂
    • Organizer
      Biophysical Society 62nd Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 無重力下JAXAオープンラボを利用した難病治療薬の開発2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      第57回 日本呼吸器学会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Biochemical properties of lipocalin-type prostaglandin D synthase2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017年度第2回KVA-JSPSセミナーNo1
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Looking for mediators of sleep - the critical roles of prostaglandin D2 and adenosine2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017年度第2回KVA-JSPSセミナーNo2
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Crystallographic studies of two distinct types of prostaglandin D synthase2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017年度第2回KVA-JSPSセミナーNo3
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Biochemical and physiological studies of two distict types of prostaglandin D synthase, with special reference to possible treatment of Duchenne muscular dystrophy2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017年度第2回KVA-JSPSセミナーNo4
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An antagonist of hypocretin/orexin receptor, Suvorexant, induces narcolepsy in mice2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017中国全国時間生物医学学術会議
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 睡眠の調節機構ー睡眠機能性食品の開発2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      食品ニューテクノロジー研究会2017年7月例会
    • Invited
  • [Presentation] 聞いて得する眠りの話2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      「日本を健康にする!」研究会総会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] An antagonist of hypocretin/orexin receptor, Suvorexant, induces narcolepsy in mice2017

    • Author(s)
      裏出良博
    • Organizer
      2017 International Sleep Medicine Forum
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脂質代謝と悪液質2017

    • Author(s)
      藤森功
    • Organizer
      第18回Pharmaco-Hematologyシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] プロスタグランジンD2はCRTH2受容体を介して脂肪分解を抑制する2017

    • Author(s)
      若井恵里、天野富美夫、裏出良博、藤森 功
    • Organizer
      ConBio2017(2017年度生命科学系学会合同年次大会)

URL: 

Published: 2019-12-27  

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