酸化脂肪酸受容体の動作原理の解明と医薬応用

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03990
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 杉本 幸彦 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 教授 (80243038)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: プロスタグランジン / 脂肪酸酸化物 / GPCR / シグナル伝達 / 多量体化 / 構造活性相関 / オートクライン / ω3脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

細胞膜リン脂質から遊離した不飽和脂肪酸は、特異的な酵素で酸化され、プロスタグランジン(PG)やロイコトリエン等の酸化脂肪酸に変換され、脂質メディエーターとして種々の生体応答を引き起こす。一般に、酸化脂肪酸が細胞外に放出されると、特異酵素でさらに酸化されて不活性化されるため、産生局所でオートクラインやパラクラインとして働くが、その詳細な作用様式は不明である。研究代表者は、ヒトPG受容体の結晶化を契機に、PGが産生細胞から細胞外に離脱することなく細胞膜上のlateral diffusionによりPG受容体に作用する可能性を見出し、PGが産生細胞上の受容体に作用する場合、外因性PGによる受容体活性化とは異なるとの仮説を立て、これを検証することで、PGをはじめとする酸化脂肪酸による受容体活性化の動作原理を明らかにすることを目的とする。具体的には、G蛋白質/β-arrestinの活性化、受容体多量体化を解析するとともに、ω3脂肪酸添加による3系列PGによる活性化プロファイルを解析することで、酸化脂肪酸の受容体にユニークな動作原理を解き明かし、これを標的とした医薬応用のための分子基盤を確立することである。今年度は、以下の成果を得た。
1) ヒトEP4受容体の立体構造を認識しPGE2結合を阻害するモノクローナル抗体を「結晶化リガンド」として用いることで、EP4受容体-EP4遮断薬-抗体複合体を結晶化し、立体構造を解明した。2) EP4受容体発現細胞のcAMP産生、β-arrestin活性化、受容体多量体形成に関するHTS系を確立し、ω3脂肪酸由来PGや種々の作動薬・遮断薬の活性化・遮断プロファイルを得た。3) DOX添加で、COX-2/mPGES-1を誘導・PG産生を開始する細胞を樹立中であり、本細胞を用いてEP4受容体オートクライン活性化細胞系の確立を目指す。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Luc発光やBRETを利用したHTSアッセイ系の確立など、期待した通りの結果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

この調子で本研究を推進したいと考える。ただ、DOX誘導によりPG産生を開始する細胞樹立に時間を要しており、CaイオノフォアでPG産生を誘導するなどの計画変更を検討したい。

Research Products

• [Journal Article] Effects of the selective EP2 receptor agonist omidenepag on adipocyte differentiation in 3T3-L1 cells (2020)
  • Author(s): Yamamoto Y, Taniguchi T, Inazumi T, Iwamura R, Yoneda K, Odani-Kawabata N, Matsugi T, Sugimoto Y, Shams NK.
  • Journal Title: Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics Volume: 36 Pages: 162-169
  • DOI: 10.1089/jop.2019.0079
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Prostaglandin E2 and its receptor EP2 trigger signaling that contributes to YAP-mediated cell competition (2020)
  • Author(s): Ishihara E, Nagaoka Y, Okuno T, Ishigami-Yuasa M, Kagechika H, Terai S, Yokomizo T, Sugimoto Y, Fujita Y, Suzuki A, Nishina H.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 25 Pages: 197-214
  • DOI: 10.1111/gtc.12750
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induced prostanoid synthesis regulates the balance between Th1- and Th2-producing inflammatory cytokines in the thymus of diet-restricted mice (2020)
  • Author(s): Razali N, Hohjoh H, Inazumi T, Maharjan BD, Nakagawa K, Konishi M, Sugimoto Y, Hasegawa H.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 43 Pages: 649-662
  • DOI: 10.1248/bpb.b19-00838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] プロスタグランジンD2レセプターのシグナル伝達 (2020)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 73 (13) Pages: 58-63
• [Journal Article] Ligand binding to human prostaglandin E receptor EP4 at the lipid-bilayer interface (2019)
  • Author(s): Toyoda, Y., Morimoto, K., Suno, R., Horita, S., Yamashita, K., Hirata, K., Sekiguchi, Y., Yasuda, S., Shiroishi, M., Shimizu, T., Urushibata, Y., Kajiwara, Y., Inazumi, T., Hotta, Y., Asada, H., Nakane, T., Shiimura, Y., Nakagita, T., Tsuge, K., Yoshida, S., Kuribara, T., Hosoya, T., Sugimoto, Y., Nomura, N. et al.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Pages: 18-26
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0131-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Competition for mitogens regulates spermatogenic stem cell homeostasis in an open niche. (2019)
  • Author(s): Kitadate, Y., J_rg, D.J., Tokue, M., Maruyama, A., Ichikawa, R., Tsuchiya, S., Segi-Nishida, E., Nakagawa, T., Uchida, A., Kimura-Yoshida, C., Mizuno, S., Sugiyama, F., Azami, T., Ema, M., Noda, C., Kobayashi, S., Matsuo, I., Kanai, Y., Nagasawa, T., Sugimoto, Y., Takahashi, S., Simons, B.D., and Yoshida, S.
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 24 Pages: 79-92
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of cyclooxygenase-2/prostaglandin E2/prostaglandin E receptor 4 signaling in cardiac reprogramming (2019)
  • Author(s): Muraoka N, Nara K, Tamura F, Kojima H, Yamakawa H, Sadahiro T, Miyamoto K, Isomi M, Haginiwa S, Tani H, Kurotsu S, Osakabe R, Torii S, Shimizu S, Okano H, Sugimoto Y, Fukuda K, Ieda M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 674
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08626-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Essential role of prostaglandin E2 and the EP3 receptor in lymphatic vessel development during zebrafish embryogenesis (2019)
  • Author(s): Iwasaki R, Tsuge K, Kishimoto K, Hayashi Y, Iwaana T, Hohjoh H, Inazumi T, Kawahara A, Tsuchiya S, Sugimoto Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 7650
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44095-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular mechanisms underlying prostaglandin E2-exacerbated inflammation and immune diseases (2019)
  • Author(s): Tsuge K, Inazumi T, Shimamoto A, Sugimoto Y.
  • Journal Title: International Immunology Volume: 31 Pages: 597-606
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cutaneous p38 MAPK 1 activation triggers psoriatic dermatitis (2019)
  • Author(s): Sakurai K, Dainichi T, Garcet S, Tsuchiya S, Yamamoto Y, Kitoh A, Honda T, Nomura T, Egawa G, Otsuka A, Nakajima S, Matsumoto R, Nakano Y, Otsuka M, Iwakura Y, Grinberg-Bleyer Y, Ghosh S, Sugimoto Y, Guttman-Yassky E, Krueger JG, Kabashima K.
  • Journal Title: Journal of Allergy and Clinical Immunology Volume: 144 Pages: 1036-1049
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2019.06.019
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gut microbiota confers host resistance to obesity by metabolizing dietary polyunsaturated fatty acids (2019)
  • Author(s): Miyamoto J, Igarashi M, Watanabe K, Karaki S, Mukouyama H, Kishino S, Li X, Ichimura A, Irie J, Sugimoto Y, Mizutani T, Sugawara T, Miki T, Ogawa J, Drucker D, Arita M, Itoh H, Kimura I.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 4007
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11978-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional hierarchy of uterotonics required for successful parturition in mice (2019)
  • Author(s): Yoshida M, Takayanagi Y, Ichino-Yamashita A, Sato K, Sugimoto Y, Kimura T, Nishimori K.
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 160 Pages: 2800-2810
  • DOI: 10.1210/en.2019-00499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] シクロオキシゲナーゼ経路によるリポクオリティ認識 (2019)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 269 (1) Pages: 1002-1007
• [Presentation] プロスタグランジン受容体による脂質恒常性の調節機構 (2020)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 多価不飽和脂肪酸としてのω3脂肪酸摂取が雌性生殖と母性行動に与える影響 (2020)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 日本薬学会第140年会
• [Presentation] Roles of prostaglandin EP4 receptor axis in adipocytes: relevance of LipoQuality (2019)
  • Author(s): Sugimoto Y.
  • Organizer: 2nd International Conference on Lipoquality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The role of multiple prostanoid receptors in embryo implantation and spacing (2019)
  • Author(s): Inazumi T, Okubo K, Xiaoyen Ma, Otsuka T, Hirai Y, Sugimoto T, Tsuchiya S, Takeo T, Nakagata N, Sugimoto Y.
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids (ICBL)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of dietary omega-3 fatty acids on female reproduction and nursing behavior (2019)
  • Author(s): Hashimoto M, Okubo K, Inazumi T, Sugimoto T, Tsuchiya S, Yamashita A, Suhara Y, Arita M, Sugimoto Y.
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids (ICBL)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼブラフィッシュ腎臓形成におけるプロスタグランジンの役割 (2019)
  • Author(s): 岩穴拓也, 告恭史郎, 岸本幸一朗, 岩崎亮, 稲住知明, 川原敦雄, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第61回日本脂質生化学会
• [Presentation] 高ω3脂肪酸含有食が母性行動に与える影響とその分子機構の解析 (2019)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム
• [Presentation] 子宮内膜症におけるプロスタグランジンE受容体機能の解析 (2019)
  • Author(s): 前田ひかる, 大窪喜丸, 橋本美穂, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム
• [Presentation] 複数の受容体を介したプロスタグランジンの着床制御機構 (2019)
  • Author(s): 稲住知明, 大窪喜丸, 馬驍彦, 大塚友絵, 杉本聡子, 土屋創健, 竹尾透, 中潟直己, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 食事由来ω3脂肪酸含有食が雌性生殖と母性行動に与える影響 (2019)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 子宮内膜症におけるプロスタグランジンE受容体の役割 (2019)
  • Author(s): 前田ひかる, 大窪喜丸, 橋本美穂, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 複数のプロスタグランジン受容体による着床調節機構 (2019)
  • Author(s): 大塚友絵, 稲住知明, 大窪喜丸, 馬驍彦, 杉本聡子, 土屋創健, 廣田泰, 竹尾透, 中潟直己, 杉本幸彦
  • Organizer: 第36回日本薬学会九州支部大会
• [Presentation] プロスタグランジンI2受容体によるマスト細胞の炎症応答の制御機構 (2019)
  • Author(s): 佐々木諒也, 中尾優子, 村上里穂, 宮本卓馬, 鈴木佑治, 渡辺真由帆, 森本和志, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第36回日本薬学会九州支部大会
• [Remarks] 熊本大学・杉本研ホームページ
  • URL: http://www.pharm.kumamoto-u.ac.jp/Labs/seika/index.html