Golginによるグリコサミノグリカン生合成調節機構と遺伝性骨・皮膚疾患との関連

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K08251
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 水本 秀二 名城大学, 薬学部, 助教 (40443973)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: コンドロイチン硫酸 / デルマタン硫酸 / Golgin / プロテオグリカン / エーラス・ダンロス症候群 / 骨系統疾患 / 結合組織疾患 / 皮膚弛緩症

Outline of Annual Research Achievements

グリコサミノグリカンの生合成不全により、骨系統疾患および皮膚疾患が発症する (Mizumoto et al., J Biol Chem 2013)。さらに、糖鎖の合成の場であるゴルジ体の機能の調節を担うGolginファミリーの異常によっても、同様の骨系統・皮膚が引き起こされることが明らかになりつつある。しかしながら、Golginによるグリコサミノグリカン合成の調節機構は不明な点が多い。そこで、本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカンの小胞輸送の制御機構とGolginの変異による遺伝性骨・皮膚疾患について解明することを目的とする。
今年度は、グリコサミノグリカンの生合成にかかわる糖転移酵素であるGlcAT-IとCSGalNAcT-1の変異によって、それぞれ多発性骨折症と結合組織の脆弱性を伴う骨格異常症を発症することを見出した。これらの変異によって、糖転移活性が減少し、患者由来の細胞においては糖鎖の合成量も減少していることを見出した。また、デルマタン硫酸の欠損に起因するエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた確定診断法を開発した。尿からデルマタン硫酸を含む画分を精製し、酵素法および陰イオン交換クロマトグラフィーによって、デルマタン硫酸の定量を行うことで診断を可能にした。またGolginタンパク質の変異により、デルマタン硫酸の生合成が低下し、皮膚疾患を引き起こすことも見出した。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文5報、総説２報、紀要１報を発表し、学会での発表を9回行った。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画以上に進展している理由としては、研究計画書に記載した内容に沿って概ね遂行できており、さらに予想以上の成果が得られ、国際誌５報の原著論文の発表に至っているからである。内容としては、1) 皮膚疾患に関わるゴルジ体タンパク質の同定、2) プロテオミクスによるタンパク質同定の構築、3) グリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異による遺伝病の発見、4) デルマタン硫酸欠損によるエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた診断法確定である。これら成果の一部を国際誌 (PLoS ONE、BMC Medical Genetics、Human Mutation、Clinical Biochemistry、Journal of Human Genetics) に発表した。
今年度の成果発表をまとめると、査読有りの国際誌に原著論文5報、総説２報、紀要１報を発表し、学会での発表を9回行い、本研究で得られた成果の国民・社会への発信に大いに貢献していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後さらに「Golginによるグリコサミノグリカン生合成調節機構と遺伝性骨・皮膚疾患との関連」について探求し、コンドロイチン硫酸を含むグリコサミノグリカンおよびGolginの合成異常や変異に起因する様々な疾患(骨格異常症、皮膚疾患、結合組織疾患など)に対する発症機序の解明を目指し、基礎研究を推進する。また、コンドロイチン硫酸やデルマタン硫酸、ヘパラン硫酸のアフィニティクロマトグラフィー等を用いて、これらと結合するGolginタンパク質を質量分析により同定する予定である。また、Golginノックアウトによるグリコサミノグリカンの合成に対する影響を調べるため、CRISPR/Cas9法でGolginを培養細胞株でノックアウトする予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Children’s Mercy Hospitals and Clinics(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Children’s Mercy Hospitals and Clinics
• [Int'l Joint Research] Martin Luther Univ Halle-Wittenberg(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: Martin Luther Univ Halle-Wittenberg
• [Int'l Joint Research] Medical University of Innsbruck/Medical University of Vienna(Austria)
  • Country Name: Austria
  • Counterpart Institution: Medical University of Innsbruck/Medical University of Vienna
• [Int'l Joint Research] University of Lausanne(Switzerland)
  • Country Name: Switzerland
  • Counterpart Institution: University of Lausanne
• [Journal Article] Defect in dermatan sulfate in urine of patients with Ehlers-Danlos syndrome caused by a CHST14/D4ST1 deficiency (2018)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Atsushi Hatamochi, Tomoko Honda, Tomomi Yamaguchi, Nobuhiko Okamoto, Noriko Miyake, Shuhei Yamada, and Kazuyuki Sugahara
  • Journal Title: Clinical Biochemistry Volume: 50 Pages: 670-677
  • DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2017.02.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] グリコサミノグリカン-タンパク質橋渡し領域の生合成不全によるプロテオグリカンリンカー病 (2017)
  • Author(s): 水本秀二
  • Journal Title: 生化学 Volume: 89 Pages: 259-263
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (CSGalNAcT-1) deficiency results in a mild skeletal dysplasia and joint laxity (2017)
  • Author(s): Julia Vodopiutz, Shuji Mizumoto, Ekkehard Lausch, Antonio Rossi, Sheila Unger, Nikolaus Janocha, Rainer Seidl, Susanne Greber-Platzer, Shuhei Yamada, Thomas Muller, Bernd Jilma, Rudolf Ganger, Andrea Superti-Furga, Shiro Ikegawa, Kazuyuki Sugahara, Andreas R. Janecke
  • Journal Title: Human Mutation Volume: 38 Pages: 34-38
  • DOI: 10.1002/humu.23070
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of biallelic EXTL3 mutations in a novel type of spondylo-epi-metaphyseal dysplasia (2017)
  • Author(s): *Long Guo, *Nursel H Elcioglu, *Shuji Mizumoto, Zheng Wang, Bilge Noyan, Hatice M Albayrak, Shuhei Yamada, Naomichi Matsumoto, Noriko Miyake, Gen Nishimura, Shiro Ikegawa (equal contribution)
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: － Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.38.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pathophysiological Significance of Dermatan Sulfate Proteoglycans Revealed by Human Genetic Disorders (2017)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • Journal Title: Pharmaceuticals Volume: 10 Pages: E34
  • DOI: 10.3390/ph10020034
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pivotal role of carbohydrate sulfotransferase 15 in fibrosis and mucosal healing in mouse colitis (2016)
  • Author(s): Kenji Suzuki, Somasundaram Arumugam, Junji Yokoyama, Yusuke Kawauchi, Yutaka Honda, Hiroki Sato, Yutaka Aoyagi, Shuji Terai, Kazuichi Okazaki, Yasuo Suzuki, Shuji Mizumoto, Kazuyuki Sugahara, Raja Atreya, Markus F. Neurath, Kenichi Watanabe, Taishi Hashiguchi, Hiroyuki Yoneyama, Hitoshi Asakura
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 11 Pages: e0158967
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0158967
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional validation of novel compound heterozygous variants in B3GAT3 resulting in severe osteopenia and fractures: expanding the disease phenotype (2016)
  • Author(s): *Florian Job, *Shuji Mizumoto, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saal, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, Shuhei Yamada, Katrin Hoffmann, Kazuyuki Sugahara, Emily Farrow (*equal contribution)
  • Journal Title: BMC Medical Genetics Volume: 17 Pages: 86
  • DOI: 10.1186/s12881-016-0344-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural analysis of chondroitin and dermatan sulfate in Receptor for Advanced Glycation End-products (RAGE) knockout mice (2016)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • Journal Title: Bulletin of Research Institute of Meijo University Volume: 21 Pages: 209-212
• [Presentation] Integrated neuroglycobiology for proteoglycans and chondroitin sulfate-binding proteins (2017)
  • Author(s): ◯Shuji Mizumoto, Yusuke Yoshikawa, Shuhei Yamada, Kosei Takeuchi, Yoshiaki Nakayama, Akira Kurosaka, Keiichiro Matsushima, Nobuyuki Miyamoto, Wataru Takada, Hirofumi Kodera, Naomichi Matsumoto, Hirotomo Saitsu, Gunnar Dick, James W. Fawcett, Jessica C. F. Kwok, and Kazuyuki Sugahara
  • Organizer: 平成28年度 新学術領域「神経糖鎖生物学」最終シンポジウム
  • Place of Presentation: JPタワー名古屋(名古屋)
  • Year and Date: 2017-03-03
• [Presentation] 多発性骨折と骨粗鬆症はグリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異によって引き起こされる (2016)
  • Author(s): ◯水本秀二, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, 山田修平, Katrin Hoffman, 菅原一幸, Emily Farrow
  • Organizer: 糖鎖科学中部拠点第13回若手の力フォーラム
  • Place of Presentation: 岐阜大学(岐阜）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] デルマタン4-O-硫酸基転移酵素-1の欠損によるエーラス・ダンロス症候群患者由来の尿中デルマタン硫酸の定量解析 (2016)
  • Author(s): ◯水本秀二、古庄知己、籏持淳、本田智子、山田修平、菅原一幸
  • Organizer: 日本薬剤師会東海ブロック・日本薬学会東海支部合同学術大会2016
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場・岐阜都ホテル(岐阜)
  • Year and Date: 2016-10-30
• [Presentation] グリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異による多発性骨折と骨粗鬆症 (2016)
  • Author(s): ◯水本秀二, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, 山田修平, Katrin Hoffman, 菅原一幸, Emily Farrow
  • Organizer: 第８９回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター・東北大学川内北キャンパス (仙台)
  • Year and Date: 2016-09-27
• [Presentation] デルマタン4-O-硫酸基転移酵素-1欠損に基づくエーラスダンロス症候群モデルマウスの作製および病態解析 (2016)
  • Author(s): ◯笠原優子、積田奈々、増田千明、島田苑子、水本秀二、井上由起子、井上高良、吉沢隆浩、中山淳、高橋有希、武田伸一、古庄知己、岡田尚巳
  • Organizer: 第８９回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター・東北大学川内北キャンパス (仙台)
  • Year and Date: 2016-09-26
• [Presentation] デルマタン硫酸の生合成不全によるエーラス・ダンロス症候群の糖鎖生物学的研究 (2016)
  • Author(s): 水本秀二, 古庄知己, 本田智子,中島正宏, Thomas Muller, 三宅紀子, 籏持淳, 松本直通, Andreas R Janecke, 池川志郎, 菅原一幸, ○山田修平
  • Organizer: 第35回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザ（高知）
  • Year and Date: 2016-09-03
• [Presentation] 第19回日本糖質学会奨励賞受賞講演：グリコサミノグリカンの生合成異常による骨・皮膚疾患の糖鎖解析と癌転移における役割 (2016)
  • Author(s): ◯水本秀二
  • Organizer: 第35回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザ（高知）
  • Year and Date: 2016-09-01
  • Invited
• [Presentation] Quantification of dermatan sulfate from urine in Ehlers-Danlos syndrome caused by carbohydrate sulfotransferase 14 (CHST14)/dermatan 4-O-sulfotransferase-1 (D4ST1) deficiency (2016)
  • Author(s): ◯Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Atsushi Hatamochi, Tomoko Honda, Shuhei Yamada, and Kazuyuki Sugahara
  • Organizer: XXVIII International Carbohydrate (ICS2016)
  • Place of Presentation: Marriott Hotel (New Orleans, USA)
  • Year and Date: 2016-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiple fractures and severe osteoporosis caused by mutations in a glycosyltransferase responsible for biosynthesis of glycosaminoglycans (2016)
  • Author(s): ◯Shuji Mizumoto, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, Shuhei Yamada, Katrin Hoffman, Kazuyuki Sugahara, Emily Farrow
  • Organizer: The 10th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2016)
  • Place of Presentation: The Hospital for Sick Children (Tronto, Canada)
  • Year and Date: 2016-06-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エーラス・ダンロス症候群患者由来の尿中デルマタン硫酸の定量 (2016)
  • Author(s): ◯水本秀二, 古庄知己, 籏持淳, 本田智子, 山田修平, 菅原一幸
  • Organizer: 第８０回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 三重大学講堂（津）
  • Year and Date: 2016-05-21
• [Remarks] 名城大学薬学部病態生化学研究室ホームページ
  • URL: http://www-yaku.meijo-u.ac.jp/Research/Laboratory/pathobio/index.html