Crosstalk of proteoglycan and filamin and their genetic disorders

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07054
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 水本 秀二 名城大学, 薬学部, 准教授 (40443973)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: フィラミン / プロテオグリカン / グリコサミノグリカン / CHST14 / B3GALT6 / ゼブラフィッシュ / コンドロイチン硫酸 / ヘパラン硫酸

Outline of Annual Research Achievements

本研究では細胞内フィラミンと細胞外コンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸/ヘパラン硫酸(CS/DS/HS)-プロテオグリカンのクロストークについて明らかにし、それらの遺伝性骨・皮膚疾患の発症機序についても解明することを目的とする。今年度は、フィラミンA (FLNA) およびTAK1に変異をもつ耳口蓋指症候群および前頭骨幹端異形成症患者由来の線維芽細胞を用いて、CS・DS・HSの二糖総量を調べた。健常人および前頭骨幹端異形成症由来の線維芽細胞における各糖鎖の二糖組成および二糖量では有意差はなかったが、二糖量については患者由来の細胞で1.2～2.2倍程度増加していた。
デルマタン硫酸エピメラーゼ (DSE)の変異が筋拘縮型のエーラス・ダンロス症候群を発症することを見出した。患者は、特徴的顔貌と皮膚の過伸展、結合組織の脆弱性を呈した。患者1では、DSEの320番目のチロシンがナンセンス変異を起こしていた。他方の患者では、DSEの333番目のバリンがシステインに置換し、さらにフレームシフトでその4アミノ酸後に終始コドンを引き起こす変異であった。健常人由来の培養線維芽細胞と比較して、患者由来の細胞ではDSが有意に減少していた。
筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群のモデル動物であるデルマタン4-O-硫酸基転移酵素 (D4ST/CHST14)のノックアウトマウスでは、皮膚のコラーゲン繊維束が乱れ、DSの合成量も低下していた。
脊椎異形成型エーラス・ダンロス症候群のゼブラフィッシュモデルであるb3galt6ノックアウトゼブラフィッシュでは、頭部が短く、胸鰭・背鰭・尾鰭の形成が異常であった。さらにb3galt6-KOゼブラフィッシュではCS/DSが有意に減少していたが、HSには差がなかった。
これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文4報を発表し、学会での発表を11回行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

おおむね順調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4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) 耳口蓋指症候群および前頭骨幹端異形成症患者由来の線維芽細胞においてグリコサミノグリカンの生合成量が増加していた。2) デルマタン硫酸エピメラーゼ (DSE)の変異により、筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群を発症することを見出した。3) 筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群のマウスモデルでは、皮膚が過伸展を示し、DSの合成量も低下し、コラーゲン繊維束が形成されにくいことを見出した。4) 脊椎異形成型エーラス・ダンロス症候群のゼブラフィッシュモデルであるb3galt6ノックアウトゼブラフィッシュでは、CS/DSが減少し、HSの量に差はなかった。
これら成果の一部を国際誌 (Journal of Medical Genetics、Molecular Genetics & Genomic Medicine、Glycobiology、Frontiers in Cell and Developmental Biology) 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4報、学会での発表を11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

フィラミンAに加えてフィラミンCに変異を有する遺伝性の骨系統疾患患者由来の線維芽細胞や各ノックアウトマウス由来の軟骨や細胞を用いて、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸の生合成の制御と遺伝性の結合組織疾患との関連について研究し、これらの糖鎖およびフィラミンの合成不全や変異に基づく骨系統疾患や皮膚異常症に対する発症メカニズムを明らかにする。さらに、フィラミンAおよびフィラミンB欠損細胞におけるタンパク質発言の影響をRNAseqで調べる。また、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸の欠損株やこれらの糖鎖の生合成不全をきたした患者由来の細胞・検体を用いて、フィラミンAおよびフィラミンBの合成への影響を調べる。これらの変異による遺伝病の診断法の確立や、創薬シーズの発掘を目指す。

Remarks

招待講演：水本秀二、名城大学総合研究所 難治性疾患発症メカニズム研究センター 第2回セミナー
「プロテオグリカン糖側鎖の生合成不全に起因する遺伝性の骨・関節・皮膚疾患」2021/1/23,（名古屋）

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Otago/University of Auckland(ニュージーランド)
  • Country Name: NEW ZEALAND
  • Counterpart Institution: University of Otago/University of Auckland
• [Int'l Joint Research] University of New South Wales/University of Melbourne/University of South Australia(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: University of New South Wales/University of Melbourne/University of South Australia
• [Int'l Joint Research] Medical University of Innsbruck(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: Medical University of Innsbruck
• [Int'l Joint Research] Ghent University(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: Ghent University
• [Int'l Joint Research] Aalborg University(デンマーク)
  • Country Name: DENMARK
  • Counterpart Institution: Aalborg University
• [Journal Article] Systematic investigation of the skin in Chst14－/－ mice: a model for skin fragility in musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by CHST14 variants (mcEDS-CHST14) (2021)
  • Author(s): Takuya Hirose*, Shuji Mizumoto*, Ayana Hashimoto, Yuki Takahashi, Takahiro Yoshizawa, Yuko Nitahara-Kasahara, Naoki Takahashi, Jun Nakayama, Kazushige Takehana, Takashi Okada, Yoshihiro Nomura, Shuhei Yamada, Tomoki Kosho, Takafumi Watanabe (*equal contribution)
  • Journal Title: Glycobiology Volume: 31 Pages: 137, 150
  • DOI: 10.1093/glycob/cwaa058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Memories of Professor Kazuyuki Sugahara (2021)
  • Author(s): Shuji Mizumoto
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 33 Pages: E49, E50
  • DOI: 10.4052/tigg.2102.7E
  • Open Access
• [Journal Article] Pseudodiastrophic dysplasia expands the known phenotypic spectrum of defects in proteoglycan biosynthesis (2020)
  • Author(s): Alicia B. Byrne, Shuji Mizumoto, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W. Schreiber, Milena Babic, Sarah L. King-Smith, Christopher P. Barnett, Lynette Moore, Kazuyuki Sugahara, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E. Liebelt, Shuhei Yamada, Ravi Savarirayan, Hamish S. Scott
  • Journal Title: Journal of Medical Genetics Volume: 57 Pages: 454, 460
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2019-106700
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Delineation of musculocontractural Ehlers-Danlos Syndrome caused by dermatan sulfate epimerase deficiency (2020)
  • Author(s): Charlotte Kvist Lautrup, Keng Wee Teik, Ai Unzaki, Shuji Mizumoto, Delphien Syx, Heng Hock Sin, Irene Kibaek Nielsen, Sara Markholt, Shuhei Yamada, Fransiska Malfait, Naomichi Matsumoto, Noriko Miyake, Tomoki Kosho
  • Journal Title: Molecular Genetics & Genomic Medicine Volume: 8 Pages: e1197
  • DOI: 10.1002/mgg3.1197
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] b3galt6 knock-out zebrafish recapitulate β3GalT6-deficiency disorders in human and reveal a trisaccharide proteoglycan linkage region (2020)
  • Author(s): Sarah Delbaere, Adelbert De Clercq, Shuji Mizumoto, Fredrik Noborn, Jan Willem Bek, Lien Alluyn, Charlotte Gistelinck, Delfien Syx, Phil L. Salmon, Paul J. Coucke, Goran Larson, Shuhei Yamada, Andy Willaert, Fransiska Malfait
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 8 Pages: 597857
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.597857
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Congenital Disorders Caused by Defects in Catabolism of Glycosaminoglycans (2020)
  • Author(s): Shuhei Yamada, Shuji Mizumoto
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 32 Pages: E127, E133
  • DOI: 10.4052/tigg.1968.1E
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼあるいはグルクロン酸転移酵素-Iの変異による偽性捻曲性骨異形成症 (2021)
  • Author(s): 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • Organizer: 糖鎖科学中部拠点 第16回若手の力 フォーラム、名古屋、1/22
• [Presentation] カルシウム活性型ヌクレオチダーゼ1(CANT1)とβ3グルクロン酸転移酵素3(B3GAT3)の機能喪失型変異は偽性捻曲性骨異形成症を引き起こす (2021)
  • Author(s): 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • Organizer: 日本薬学会第141回年会、広島、3/27
• [Presentation] グルクロン酸転移酵素-Iおよびウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼの変異による偽性捻曲性骨異形成症 (2020)
  • Author(s): 水本秀二, Alicia B Byrne, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W Schreiber, Milena Babic, Sarah L King-Smith, Christopher P Barnett, Lynette Moore, 菅原一幸, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E Liebelt, 山田修平, Ravi Savarirayan, Hamish S Scott
  • Organizer: 第84回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム、名古屋、5/24
• [Presentation] Pathogenic variants in glucuronyltransferase-I and calcium-activated nucleotidase-1 cause pseudodiastrophic dysplasia (2020)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Alicia B Byrne, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W Schreiber, Milena Babic, Sarah L King-Smith, Christopher P Barnett, Lynette Moore, Kazuyuki Sugahara, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E Liebelt, Shuhei Yamada, Ravi Savarirayan, Hamish S Scott
  • Organizer: 12th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2020), Boston (U.S.A.), 6/21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 偽性捻曲性骨異形成症はグルクロン酸転移酵素-Iおよびウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼの変異によって発症する (2020)
  • Author(s): 水本秀二, Alicia B Byrne, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W Schreiber, Milena Babic, Sarah L King-Smith, Christopher P Barnett, Lynette Moore, 菅原一幸, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E Liebelt, 山田修平, Ravi Savarirayan, Hamish S Scott
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会、横浜、9/14
• [Presentation] グリコサミノグリカンの生合成異常による遺伝性の骨・皮膚疾患 (2020)
  • Author(s): 水本秀二
  • Organizer: 第52回日本結合組織学術大会、大府、9/19
  • Invited
• [Presentation] A pseudodiastrophic dysplasia is caused by pathogenic variants in calcium-activated nucleotidase-1 and glucuronyltransferase-I (2020)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Alicia B Byrne, Kazuyuki Sugahara, Shuhei Yamada, Hamish S Scott
  • Organizer: 2020 Annual Meeting of the Society for Glycobiology, U.S.A., 11/9
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] UDPヌクレオチダーゼおよびGlcAT-Iの変異は偽性捻曲性骨異形成症を発症する (2020)
  • Author(s): 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸 、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • Organizer: 第39回日本糖質学会年会、東京、11/21
• [Presentation] A skeletal dysplasia with advanced bone age is caused by pathogenic variants in CSGALNACT1 (2020)
  • Author(s): Shuji Mizumoto, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Gundula Povysil, Marie T. McDonald, Sheila Unger, Susanne Greber-Platzer, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, Kazuyuki Sugahara, Erica E. Davis, Shuhei Yamada, Julia Vodopiutz
  • Organizer: 12th Pan Pacific Connective Tissue Societies Symposium 2020, Melbourne (Australia), 11/24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of glycosaminoglycans and their degrading enzymes in inflammatory cell homeostasis (2020)
  • Author(s): Brooke L. Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan S. Lord, Shuhei Yamada, and John M. Whitelock
  • Organizer: 12th Pan Pacific Connective Tissue Societies Symposium 2020, Melbourne (Australia), 11/26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] デルマタン硫酸の生合成異常によるエーラス・ダンロス症候群における糖鎖生化学的解析 (2020)
  • Author(s): 水本秀二、山田修平
  • Organizer: 第１回日本エーラス・ダンロス研究会、松本、12/12
• [Remarks] ORCID
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-4641-1505
• [Remarks] Google Scholar
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?hl=ja&user=b0ZTepcAAAAJ
• [Remarks] Researchmap
  • URL: http://www-yaku.meijo-u.ac.jp/Research/Laboratory/pathobio/index.html