Regulatory mechanisms for signals on cell membrane and under microenvironment by complex of glycosphingolipids and membrane molecules

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02628
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 古川 鋼一 中部大学, 生命健康科学部, 特任教授 (80211530)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大海 雄介 中部大学, 生命健康科学部, 助教 (10584758) ; 古川 圭子 中部大学, 生命健康科学部, 教授 (50260732)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 脂質ラフト / スフィンゴ糖脂質 / ミクロドメイン / クラスター / 複合体 / 細胞外小胞 / 微小環境 / セラミド

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、スフィンゴ糖脂質糖鎖に固有のミクロドメイン(脂質ラフト)の動態と機能を検討し、その会合分子との複合体形成による膜環境の制御機構の解明を目指した。そのために脂質ドメインの構成分子の化学組成解析、特に脂質、糖脂質の分子種に関する質量分析、及び糖脂質-認識分子複合体形成の制御機構を検討した。そのために、癌形質増強ガングリオシド、GD3、GD2等と会合する分子群を、enzyme-mediated activation of radical sources/mass spectrometry (EMAR/MS) 法により同定し、その重複性と固有性を明らかにした。同時に、細胞膜の脂質ラフトと細胞外分泌顆粒(EV)との物理・化学的性状と機能連関を明らかにするために、両者に含まれるガングリオシドの分子全体の化学構造の比較検討と、各々のEVに含まれるタンパク質分子群のプロテオミクス的解析を行った。それらの結果より、細胞側の脂質ラフトの組成が分泌EVの組成に強く反映されることから、EVの分泌・取込における脂質ラフトの重要性がより明らかになった。脂質ラフトにおけるスフィンゴ糖脂質と会合分子との複合体形成による細胞シグナル調節機構と、EVによる微小環境の制御機能の検討のために、各糖鎖を発現する細胞からのEVを、糖鎖非発現細胞に添加した時の細胞形質の変化と、細胞内のシグナル分子の挙動をimmunoblotting 等により検討した。その結果、癌関連糖脂質発現細胞由来のEVが、種々の癌悪性形質を増強すると同時に、いくつかの増殖・運動性関連シグナル分子の活性化を誘導する現象が観察された。これらの作用は、正常細胞の培養液に添加した時により顕著に見られることが示された。スフィンゴ糖脂質の変異による様々な病態における細胞膜脂質ラフトとEV上の糖脂質と膜分子との協働作用の重要性が明らかになった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Chittagong University/Dep Biochem Mol Biol(バングラデシュ)
  • Country Name: BANGLADESH
  • Counterpart Institution: Chittagong University/Dep Biochem Mol Biol
• [Int'l Joint Research] Harvard University/Dep Neurol. Children Hosp.(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Harvard University/Dep Neurol. Children Hosp.
• [Journal Article] Distinguishing Functional Exosomes and Other DNA-containing Extracellular Vesicles Based on the Difference in Strength of Negative Membrane Charge (2022)
  • Author(s): Seo, Naohiro; Nakamura, Junko; Kaneda, Tsuguhiro; Tateno, Hiroaki; Shimoda, Asako; Ichiki, Takanori; Furukawa, Koichi; Hirabayashi, Jun; Kazunari, Akiyoshi; Shiku, Hiroshi
  • Journal Title: J. Extracell. Vesicles Volume: 11 Pages: e12205
  • DOI: 10.1002/jev2.12205.
• [Journal Article] Signaling domains of cancer-associated glycolipids. Tribute to Professor Sen-itiroh Hakomori (2022)
  • Author(s): Furukawa, K., Ohmi, Y., Hamamura, K., Kondo, Y., Ohkawa, Y., Kaneko, K., Hashimoto, N., Farhana, Y., Bhuiyan, R.H., Tajima, O., Furukawa, K.
  • Journal Title: Glycoconj. J. Volume: 39 Pages: 145-155
  • DOI: 10.1007/s10719-022-10051-1.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 糖鎖による抗体の機能調節と膠原病の病態 (2022)
  • Author(s): 大海雄介, 古川鋼一
  • Journal Title: 皮膚科 Volume: 1 Pages: 39-47
• [Journal Article] Majority of alpha2,6-sialylated glycans in adult mouse brain exist in O-glycans: SALSA-MS analysis for knockout mice of alpha2,6-sialyltransferase genes (2021)
  • Author(s): Ohmi, Y., Nishikaze, T., Kitaura, Y., Ito, T., Yamamoto, S., Sugiyama, F., Matsuyama, M., Takahashi, Y., Takeda, A., Kawahara, T., Okajima, T., Furukawa, K., Furukawa, K.
  • Journal Title: Glycobiology Volume: 31 Pages: 557-570
  • DOI: 10.1093/glycob/cwaa105.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lewis y expressed in oral squamous cell carcinomas attenuates malignant properties via down-regulation of EGF signaling (2021)
  • Author(s): Hotta, H., Hamamura, K., Shibuya, H., Ohmi, Y., Furukawa, K., Furukawa, K.
  • Journal Title: Anticancer Res. Volume: 41 Pages: 1821-1830
  • DOI: 10.21873/anticanres.14948.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lack of GD3 synthase (St8sia1) attenuates malignant properties of gliomas in genetically engineered mouse model (2021)
  • Author(s): Ohkawa, Y., Zhang, P., Momota, H., Kato, A., Hashimoto, N., Ohmi, Y., Bhuiyan, R.H., Natsume, A., Wakabayashi, T., Furukawa, K, Furukawa K.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 112 Pages: 3756-3768
  • DOI: 10.1111/cas.15032.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] St8sia1-deficiency in mice alters tumor environments of gliomas, leading to reduced disease severity (2021)
  • Author(s): Zhang, P., Ohkawa, Y., Yamamoto, S., Momota, H., Kato, A., Kaneko, K., Natsume, A., Farhana, Y., Ohmi, Y., Okajima, T., Bhuiyan, R.H., Wakabayashi, T., Furukawa, K., Furukawa, K.
  • Journal Title: Nagoya J. Med. Sci. Volume: 83 Pages: 535-549
  • DOI: 10.18999/nagjms.83.3.535
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Contribution of glucosylceramide synthase to the proliferation of mouse osteoblasts (2021)
  • Author(s): Mishima, Y., Hamamura, K., Kato, H., Furukawa, K., Tashima, Y., Okajima, T., Kondo, H., Sato, T., Miyazawa, K., Goto, S., Togari, A.
  • Journal Title: In Vivo Volume: 35 Pages: 3111-3123
  • DOI: 10.21873/invivo.12606.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ganglioside GD2 Enhances the Malignant Phenotypes of Melanoma Cells by Cooperating with Integrins (2021)
  • Author(s): Yesmin, F., Bhuiyan, R.H., Ohmi, Y., Yamamoto, S., Kaneko, K., Ohkawa, Y., Zhang, P., Hamamura, K., Cheung, N-K.V., Kotani, N., Honke, K., Okajima, T., Kambe, M., Tajima, O., Furukawa, K., Furukawa, K.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 23 Pages: 423
  • DOI: 10.3390/ijms23010423.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A nontoxigenic form of Shiga toxin 2 suppresses the production of amyloid β by altering the intracellular transport of amyloid precursor protein through its receptor-binding B-subunit (2021)
  • Author(s): Sato, W., Watanabe-Takahashi, M., Hamabata, T., Furukawa, K., Funamoto, S., Nishikawa, K.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 557 Pages: 247-253
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.04.015.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Furukawa K. (2020)
  • Author(s): Furukawa K.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 21 Pages: E6552
  • DOI: 10.3390/ijms21186552.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aminoglycosides are efficient reagents to induce readthrough of premature termination codon in mutant B4GALNT1 genes found in families of hereditary spastic paraplegia (2020)
  • Author(s): Yesmin F, Bhuiyan RH, Ohmi Y, Ohkawa Y, Tajima O, Okajima T, Furukawa K, Furukawa K.
  • Journal Title: J Biochem. Volume: 168 Pages: 103-112
  • DOI: 10.1093/ jb/mvaa041.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SSEA-3 and 4 are not essential for the induction or properties of mouse iPS cells (2020)
  • Author(s): Hamamura K, Hotta H, Murakumo Y, Shibuya H, Kondo Y, Furukawa K
  • Journal Title: J. Oral Sci. Volume: 62 Pages: 393-396
  • DOI: 10.2334/josnusd.19-0513.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel Molecular Mechanisms of Gangliosides in the Nervous System Elucidated by Genetic Engineering (2020)
  • Author(s): Furukawa K, Ohmi Y, Yesmin F, Tajima O, Kondo Y, Zhang P, Hashimoto N, Ohkawa Y, Bhuiyan RH, Furukawa K.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 21 Pages: 1906
  • DOI: 10.3390/ijms21061906.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elucidation of Pathological Mechanisms for Involvement of Gangliosides in Intractable Diseases (2020)
  • Author(s): Ohmi, Y., Furukawa, K., Furukawa, K.
  • Journal Title: Trends Glycosci. Glycotechnol. Volume: 32 Pages: E81-E86
  • DOI: 10.4052/tigg.2011.2E
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 新規GD2特異的CAR遺伝子導入アロgamma/delta-T 細胞の開発 (2021)
  • Author(s): 藤原 弘, 赤堀泰, 三輪啓志, 王立楠,日向千咲, 大海雄介, 宮原慶裕, 田中義正, 古川圭子, 古川鋼一, 珠玖 洋
  • Organizer: 第24回日本癌免疫学会
• [Presentation] 大腸癌細胞の糖鎖発現解析と糖鎖改変の試み癌微小環境の制御機構の解析 (2021)
  • Author(s): Momoka Horiuchi, Yusuke Omi, Satoko Yamamoto, Hiroaki Kitazawa, Farhana Yesmin, Robiul Bhuiyan, Orie Tajima, Keiko Furukawa, Noboru Hashimoto, Koichi Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会学術総会
• [Presentation] Changes of integrins in glycolipid-modified melanoma-derived exosomes (2021)
  • Author(s): Kei Kaneko, Yuhsuke Ohmi, Mariko Kambe, Qi Li, Yesmin Farhana, Satoko Yamamoto, Yoko Kitaura, Takako Ito, Robiul H. Bhuiyan, Orie Tajima, Koichi Furukawa, Keiko Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会学術総会
• [Presentation] Ganglioside GD2 enhances malignant properties of melanoma by co-operating with integrin (2021)
  • Author(s): Farhana Yesmin, Robiul H. Bhuiyan, Yuhsuke Ohmi, Momoka Horiuchi, Tetsuya Okajima, Satoko Yamamoto, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会学術総会
• [Presentation] Unique effects of expression of asialo-series ganglioside GD1alpha in human cancer cell lines (2021)
  • Author(s): Bhuiyan Robiul H., Farhana Yesmin, Yuji Kondo, Yuki Ohkawa, Yuhsuke Ohmi, Pu Zhang, Tetsuya Okajima, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会学術総会
• [Presentation] 完全マウス化による新たなCAR-T療法評価系の構築 (2021)
  • Author(s): 根岸航平、藤原 弘、赤堀 泰、三輪啓志、王 立楠、古川鋼一、珠玖 洋
  • Organizer: 日本癌学会学術総会
• [Presentation] Ganglioside GD2 cooperate with integrin in the enhancement of malignant properties of melanoma cells (2021)
  • Author(s): Farhana Yesmin, Robiul H. Bhuiyan, Yuhsuke Ohmi, Momoka Horiuchi, Tetsuya Okajima, Satoko Yamamoto, Kei Kaneko, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] スフィンゴ糖脂質による肝脂肪蓄積制御メカニズムの検討 (2021)
  • Author(s): 田島織絵、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] ヒトグリオーマ細胞由来エクソソームに発現するガングリオシドの機能解析 (2021)
  • Author(s): 大海雄介、Li Qi、山本聡子、北浦洋子、伊藤多佳子、佐藤詩歩、金子 慶、神戸眞理子、イエスミン ファーハナ、田島織絵、モハンマド A ハスナット、河原敏男、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] 初代培養アストロサイト上に発現するガングリオシドの役割 (2021)
  • Author(s): 佐藤詩歩、北浦洋子、伊藤多佳子、田島織絵、古川圭子、河原敏男、古川鋼一、大海雄介
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] Ganglioside GD3 enhances the expression of integrins on extracellular vesicles (EVs) to exert its functions (2021)
  • Author(s): Kei Kaneko, Ohmi Yuhsuke, Kambe Mariko, Farhana Yesmin, Yamamoto Satoko, Kitaura Yoko, Ito Takako, Tajima Orie, Furukawa Koichi, Furukawa Keiko
  • Organizer: 第40回日本糖質学会年会
• [Presentation] アストロサイトに発現するガングリオシドの機能解析と近傍分子の同定 (2021)
  • Author(s): 佐藤詩歩、北浦洋子、伊藤多佳子、田島織絵、小谷典弘、本家孝一、古川圭子、河原敏男、古川鋼一、大海雄介
  • Organizer: 第40回日本糖質学会年会
• [Presentation] がん由来エクソソーム上に発現するガングリオシドのがん微小環境への影響 (2021)
  • Author(s): 大海雄介、Li Qi、山本聡子、北浦洋子、伊藤多佳子、佐藤詩歩、金子 慶、神戸眞理子、イエスミン ファーハナ、田島織絵、モハンマド A ハスナット、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第40回日本糖質学会年会
• [Presentation] ヒト大腸癌細胞による糖脂質発現と機能の解析 (2021)
  • Author(s): 堀内萌々花、橋本登、大海雄介、山本聡子、北沢裕昭、Yesmin Farhana、田島織絵、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第40回日本糖質学会年会
• [Presentation] Elucidation of unique function of ganglioside GD2 and its action mechanisms in human melanoma (2021)
  • Author(s): Yesmin F, Robiul H. Bhuiyan、Yuhsuke Ohmi、 Momoka Horiuchi、Tetsuya Okajima、Satoko Yamamoto、Kei Kaneko、Keiko Furukawa、Koichi Furukawa
  • Organizer: 第40回日本糖質学会年会
• [Presentation] Different expression of integrins in ganglioside-remodeling melanoma EVs (2021)
  • Author(s): Kei Kaneko, Yuhsuke Ohmi, Mariko Kambe, Yesmin Farhana, Momoka Horiuchi, Yoko Kitaura, Takako Ito, Orie Tajima, Koichi Furukawa and Keiko Furukawa
  • Organizer: 国際EV学会（ISEV)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ganglioside GD2 enhances malignant properties of melanoma by co-operating with integrin (2021)
  • Author(s): Farhana Yesmin, Robiul H. Bhuiyan, Yuhsuke Ohmi, Momoka Horiuchi, Tetsuya Okajima , Kei Kaneko, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 国際EV学会（ISEV）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GD3/GD2-expressing glioma-derived EVs enhance malignant properties of gliomas, and regulate tumor microenvironments (2021)
  • Author(s): Koichi Furukawa, Yuhsuke Ohmi, Qi Li, Hiroaki Kitasawa, Yesmin Farhana, Satoko Yamamoto, Yoko Kitaura, Takako Ito, Kei Kaneko, Mariko Kambe, Keiko Furukawa
  • Organizer: 国際EV学会（ISEV）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトグリオーマ細胞由来エクソソームの機能解析 (2021)
  • Author(s): 大海雄介、Li Qi、山本聡子、北浦洋子、伊藤多佳子、金子 慶、神戸眞理子、イエスミン ファーハナ、田島織絵、モハンマド A ハスナット、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] 糖脂質リモデリング腫瘍細胞由来細胞外小胞の機能解析 (2021)
  • Author(s): LIU QINYUE・澤田晋一・佐々木善浩・古川鋼一・秋吉一成
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] ガングリオシド改変メラノーマ細胞由来EVsにおけるintegrin の発現パターンとがん形質機能の解析 (2021)
  • Author(s): 金子 慶、大海雄介、神戸真理子、ファーハナ イエスミン、山本聡子、北浦洋子、伊藤多佳子、田島織絵、古川鋼一、古川圭子
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] Ganglioside GD2 enhances malignant properties of melanoma by co-operating with integrin (2021)
  • Author(s): Farhana Yesmin、Robiul H. Bhuiyan、Yuhsuke Ohmi、Momoka Horiuchi、Tetsuya Okajima、Satoko Yamamoto、Kei Kaneko、Keiko Furukawa、Koichi Furukawa
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] がんの進行阻害作用を持つCTLエクソソームと その作用を持たない CTL EV の生理学的性質 の検討 (2021)
  • Author(s): 瀬尾尚宏、中村純子、金田次弘、舘野浩章、下田麻子、一木隆範、古川鋼一、平林淳、秋吉一成、珠玖洋
  • Organizer: 第8回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] Critical role of IRE1α in cholera toxin-induced interleukin-1β production from resident peritoneal macrophages (2021)
  • Author(s): Izumi Sasaki, Yuri Fukuda-Ohta, Naoko Wakaki-Nishiyama, Chihiro Nakai, Shuhei Morita, Daisuke Okuzaki, Mika Kaku, Kanta Sawase, Asumi Yamamoto, Takashi Kato, Takashi Orimo, Koichi Furukawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第16回国際エンドトキシン・自然免疫学会
• [Presentation] An endoplasmic reticulum stress sensor IRE1alpha is involved in cholera toxin-induced interleukin-1beta production from tissue resident macrophages (2021)
  • Author(s): Izumi Sasaki, Yuri Fukuda-Ohta, Naoko Wakaki-Nishiyama, Chihiro Nakai, Shuhei Morita, Daisuke Okuzaki, Mika Kaku, Kanta Sawase, Takashi Kato, Takashi Orimo, Koichi Furukawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第28回日本免疫毒性学会学術年会
• [Presentation] コレラ毒素による免疫アジュバント活性における小胞体ストレスセンサーIRE1alphaの機能的意義 (2021)
  • Author(s): 佐々木泉、中井千尋、大田有里、西山奈央子、森田修平、奥崎大介、三並桃佳、林茉里、張江伊水、田中日向子、加藤喬、折茂貴是、古川鋼一、改正恒康
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] Extracellular vesicles secreted from melanoma cell lines contain high levels of integrins and similar profiles of ganglioside species with parent cells (2020)
  • Author(s): Koichi Furukawa, Yuya Senoo, Mariko Kambe, Kazutaka Ikeda, Yuhsuke Ohmi, Satoko Yamamoto, Iori Kobayashi, Yuki Ohkawa, Keiko Furukawa
  • Organizer: ISEV (国際細胞外小胞学会)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ganglioside GD2 enhances malignant properties of melanoma by co-operating with integrin (2020)
  • Author(s): Farhana Yesmin, Robiul H. Bhuiyan, Yuhsuke Ohmi, Tetsuya Okajima, Satoko Yamamoto, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会総会
• [Presentation] Roles of asialo-series ganglioside GD1alpha in human cancer cell lines (2020)
  • Author(s): Robiul Hasan Bhuiyan, Farhana Yesmin, Yuji Kondo, Yuki Ohkawa, Yuhsuke Ohmi, Pu Zhang, Tetsuya Okajima, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa
  • Organizer: 日本癌学会総会
• [Presentation] スフィンゴ糖脂質による肝インスリンシグナル制御を介した脂肪肝抑制機構の検討 (2020)
  • Author(s): 田島織絵、古川圭子、古川鋼一
  • Organizer: 第93回日本生化学会
• [Presentation] 初代培養アストロサイト上に発現するガングリオシドの機能解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤詩歩、北浦洋子、伊藤多佳子、古川圭子、河原敏男、古川鋼一、大海雄介
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
• [Presentation] The roles of unfold protein responses in cholera toxin B-induced interleukine-1beta production (2020)
  • Author(s): Izumi Sasaki, Takashi Orimo, Isui Harie, Yuko Takisawa, Koichi Furukawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第27回日本免疫毒性学会学術年会
• [Presentation] The role of IRE1α in cholera toxin B-induced interleukine-1β production from resident peritoneal macrophages (2020)
  • Author(s): Izumi Sasaki, Chihiro Nakai, Shuhei Morita, Daisuke Okuzaki, Yuri Fukuda-Ohta, Takashi Orimo, Hiroaki Hemmi, Koichi Furukawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第27回マクロファージ分子細胞生物学国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel cellular immunotherapy using GD2-specific CAR gene-modified allogeneic gamma/delta-T cells against solid cancers (2020)
  • Author(s): Hiroshi Fujiwara, Yasushi Akahori, Hiroshi Miwa, Linan Wang, Chisaki Hyuga, Yusuke Ohmi, Yoshimasa Tanaka, Keiko Furukawa, Koichi Furukawa, Yoshihiro Miyahara, Hiroshi Shiku
  • Organizer: 第82回日本血液学会学術集会
• [Remarks] 中部大学生命健康科学部糖鎖生物学講座
  • URL: http://koichichubu.starfree.jp
• [Remarks] 癌関連糖鎖を標的にした新規癌治療法の開発
  • URL: https://www.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/835a9495737bccf6f4128d87c4aabc80b41827bc.pdf