Identification of novel ER stress relieving drugs using a high-content microscope and application to therapeutic development

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03409
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 酒井 規雄 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (70263407)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秀 和泉 広島大学, 医系科学研究科(医), 講師 (20253073) ; 古武 弥一郎 広島大学, 医系科学研究科(薬), 教授 (20335649) ; 田中 茂 広島大学, 医系科学研究科(医), 講師 (20512651) ; 河合 秀彦 広島大学, 医系科学研究科(薬), 准教授 (30379846) ; 杉田 誠 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (50235884) ; 原田 佳奈 広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (90609744)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: セロトニントランスポーター / 小胞体ストレス / 膜輸送 / 小胞体関連分解

Outline of Annual Research Achievements

１）ハイコンテント顕微鏡を駆使したセロトニントランスポーター（SERT）とその変異体を活用したERストレス緩和薬物の検索方法により、ERストレス緩和薬物候補を得る。
２） 新たなハイコンテント顕微鏡を用いたERストレス緩和薬候補の検索方法を開発する。：遺伝性脊髄小脳失調症14型（SCA１４）変異γPKCは細胞内で凝集体を形成しERストレス惹起して神経細胞死を誘導する。SERTΔCT凝集体の自動計測法開発で用いたノウハウを活用して、ハイコンテント顕微鏡を用いた変異γPKC凝集体数の自動解析法の開発を試みた。384プレートを用いた効率的スクリーニング系の開発がポイントであることが判明した。なお、薬物スクリーニングライブライリーは、慶応大学からドラックリポジショニングのライブラリ―の提供を受けた。
３）すでに効果が確かめられた薬物SKF-10047をツールにしてERストレス関連疾患(病態理解と治療標的を得る。：SK-10047により変動する遺伝子群の検索の結果から、膜輸送に関係するSNAREタンパク質のsyntaxin3（STX3）を同定した。STX3とSERTは過剰発現するとゴルジ体や小胞体で共局在し相互作用すること、また、両者を内在性に発現する大腸がん由来のCaco-2細胞では、SERTとSTX3は微絨毛に局在し、SERTの機能を調節することを明らかにした。本研究成果を論文として発表した。また。Caco-2細胞でのSERT調節機構の発見は今後の研究の新たな展開にも繋がると考えられる
４）SERTの膜輸送に関連する分解系の解明：SERTは、小胞体で合成され、糖鎖修飾を受け細胞膜に膜輸送され効果を発現する。小胞体で折り畳み不全を生じたSERTの分解に小胞体関連分解（ERAD）に関与するユビキチンリガーゼHRD1が大きく寄与していることを明らかにし、論文として報告した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

適切な薬物ライブリ―の供給を受けて、SCA14変異γPKCを用いたスクリーニング系の構築に着手することができた。
SKF-10047の作用機序に関わるSTX3とSERTの機能連関の一助を明らかにし、論文で報告した。
SERTの分解に関与するERAD関連ユビキチンリガーゼHRD1を同定し論文に報告した。

Strategy for Future Research Activity

１）SCA14変異γPKCを用いたスクリーニング系の更なる開発と薬物スクリーニングをさらに進める。
２）過敏性大腸症候群の原因解明のために、Caco-2細胞を用いてSERTの取り込み機構を明らかにする。
３）SERTの新たな膜輸送調節機構としてパルミトイル化に注目しその詳細を明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Lithuanian University of Health Sciences(リトアニア)
  • Country Name: LITHUANIA
  • Counterpart Institution: Lithuanian University of Health Sciences
• [Journal Article] Role of the E3 ubiquitin ligase HRD1 in the regulation of serotonin transporter function. (2021)
  • Author(s): Taguchi, K., Kaneko, M., Motoike, S., Harada, K., Hide, I., Tanaka, S. and Sakai, N
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun Volume: 534 Pages: 583-589
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.11.036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of effectiveness of post-stroke metformin treatment using permanent middle cerebral artery occlusion in rats (2021)
  • Author(s): Zemgulyte, G., Tanaka, S., Hide, I., Sakai, N., Pampuscenko, K., Borutaite, V. and Rastenyte, D.
  • Journal Title: Pharmaceuticals Volume: 14 Pages: 312
  • DOI: 10.3390/ph14040312
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detailed neuronal distribution of GPR3 and its co-expression with EF-hand calcium-binding proteins in the mouse central nervous system (2021)
  • Author(s): Ikawa, F., Tanaka S., Harada, K. Hide, I., Maruyama, H., and Sakai, N
  • Journal Title: Brain Res. Volume: 1750 Pages: 147166
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2020.147166
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Syntaxin 3 interacts with serotonin transporter and regulates its function. (2021)
  • Author(s): Motoike, S., Taguchi, K., Harada, K., Asano, M., Hide, I. Tanaka, S. Irifune, M. and Sakai,
  • Journal Title: J. Pharmacol. Sci. Volume: 145 Pages: 297-307
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2021.01.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histone deacetylase 10 knockout activates chaperone-mediated autophagy and accelerates the decomposition of its substrate. (2020)
  • Author(s): Obayashi H., Nagano Y., Takahashi T., Seki T., Tanaka S., Sakai N., Matsumoto M., and Maruyama H.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun Volume: 523 Pages: 246-252
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.12.048.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Propofol induces the elevation of intracellular calcium via morphological changes in intracellular organelles, including the endoplasmic reticulum and mitochondria. (2020)
  • Author(s): Urabe, T., Yanase, Y. Motoike, S., Harada, K. Hide, I., Tanaka, S., Tsutsumi, M. Y., Kawamoto, M. and Sakai, N
  • Journal Title: Eur. J. Pharmacol Volume: 884 Pages: 17303
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2020.173303
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The indirect γ-aminobutyric acid (GABA) receptor agonist gabaculine-induced loss of the righting reflex may inhibit the descending analgesic pathway. (2020)
  • Author(s): Ogawa, Y., Irifune, M., Mukai, A., Shimizu, Y., Doi, M., Oue, K., Yoshida, M., Kanematsu, T., Morioka, M., Nakata, Y. and Sakai, N.
  • Journal Title: Pharmacology Biochemistry and Behavior Volume: 198 Pages: 173034
  • DOI: 10.1016/j.pbb.2020.173034.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Component of nicotine-induced intracellular calcium elevation mediated throughα3- andα5-containing nicotinic acetylcholine receptors are regulated by cyclic AMP in SH-SY 5Y cells (2020)
  • Author(s): Takahashi, T., Yoshida, T., Harada, K., Miyagi, T., Hashimoto, K., Hide, I., Tanaka, S., Irifune, M. and Sakai, N.
  • Journal Title: PLos One Volume: 15 Pages: e0242349
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0242349
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] セロトニントランスポーターのS-パルミトイル化 (2021)
  • Author(s): 原田佳奈、横山英里、足立直子、田中茂、秀和泉、酒井規雄
  • Organizer: 第59回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
• [Presentation] E3ユビキチンリガーゼHRD1はセロトニントランスポーター機能を制御する (2021)
  • Author(s): 田口慧、金子雅幸、本池芹佳、原田佳奈、秀和泉、田中茂、酒井規雄
  • Organizer: 第94回薬理学会年会
• [Presentation] PC12細胞分化により発現誘導するGPR3はプレシナプス機能を修飾する． (2021)
  • Author(s): 猪川文朗、田中茂、野口智裕、佐々木健太、原田佳奈、秀和泉、酒井規雄
  • Organizer: 第94回薬理学会年会
• [Presentation] P2Y2受容体・PYK2シグナルを介したミクログリアの死細胞貪食の制御 (2021)
  • Author(s): 秀和泉、白榊紘子、熊谷真祐香、前田拓哉、原田佳奈、田中茂、酒井規雄
  • Organizer: 第94回薬理学会年会
• [Presentation] 細胞イメージングシステムを用いたアトピー性皮膚炎由来黄色ブドウ球菌の特徴の解析 (2021)
  • Author(s): 三宅瑠、岩本和真、 菅井基行、秀道広、酒井規雄
  • Organizer: 第94回薬理学会年会
• [Presentation] セロトニントランスポーターの機能制御におけるE3ユビキチンリガーゼHRD1の役割 (2020)
  • Author(s): 田口慧、本池芹佳、金子雅幸、村川青矢、原田佳奈、秀和泉、田中茂、酒井規雄
  • Organizer: 第137回日本薬理学会近畿部会
• [Presentation] マウス網膜神経細胞におけるGPR3の発現と役割 (2020)
  • Author(s): 益田俊、田中茂、原田佳奈、秀和泉、酒井規雄
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] EF hand型カルシウム結合蛋白を用いたマウス中枢神経系におけるGPR3発現細胞の同定 (2020)
  • Author(s): 猪川文朗、田中茂、原田佳奈、秀和泉、酒井規雄
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] セロトニントランスポーターのS-パルミトイル化とその役割 (2020)
  • Author(s): 原田佳奈、横山英里、髙倉大幹、庄亮真、足立直子、田中茂、秀和泉、酒井規雄
  • Organizer: 第138回日本薬理学会近畿部会
• [Remarks] 神経薬理学
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/med/research/lab/basis/Molecular_and_pharmacological_neuroscience