Dynamics of microenvironmental regulation by extracellular vesicles with carbohydrates and molecular cluster formation

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22518
• 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): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 細胞外小胞 / 微小環境 / エクソソーム / サブセット / クラスター形成 / シグナル

Outline of Annual Research Achievements

癌細胞及び正常細胞の制御において細胞外分泌小胞（EV）の果たす役割が重要視されている。しかし、その実体の多くは不明であり、その中での複合糖質糖鎖の機能に関する知見は乏しい。特に癌関連スフィンゴ糖脂質がEV上で膜分子と分子クラスターを形成して機能することを想定し、1. 糖鎖を基準にしたEVの分離・精製法の開発とサブセット毎の分別的機能の解明、2. EVに搭載される分子群と糖脂質とのクラスター形成、3. EVの細胞内取込みと各サブセットの間の細胞制御機能の異同の解明、を目的として、種々の取組みを実施し、以下の成果を挙げた。
1. EVを、発現する糖鎖に基づいてサブセットに分離・精製する方法を開発するために、Tim4-ビーズへのEVの捕捉に基づいたフローサイトメトリー法を確立した。種々の酸性糖脂質ガングリオシドを発現するメラノーマ細胞パネルを用いて、発現糖脂質糖鎖と分泌EV上の発現糖鎖の発現パターンがよく合致することを示した。さらにEV調製用の培養液に血清を添加した場合に、特定糖脂質に非合理的な発現が検出されることから、人工培地を用いることにした。
2. EVが含有する脂質や糖脂質の化学組成と分子種につき、EV分泌細胞のそれとを比較検討した結果、メラノーマに強く発現する酸性糖脂質GD3の発現細胞と、それに由来するEVとの間において、EVの脂質は細胞膜の脂質ラフトに局在する脂質に類似の特徴が認められた（かずさDNA研：池田博士）。
3. 糖鎖をリモデリングしたメラノーマ細胞を用いて、分泌EVの培養細胞に対する作用を比較検討したところ、癌関連GD2発現細胞由来のEVは、非発現細胞の細胞増殖能、浸潤能を亢進すると共に、シグナル分子の活性化を増強することが示された。同様の検討を、ヒトグリオーマ細胞株で実施して、細胞形質やシグナル制御に類似の作用を惹起することが判明した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cittagong University/Dep Biochem and Mol Biol(バングラデシュ)
  • Country Name: BANGLADESH
  • Counterpart Institution: Cittagong University/Dep Biochem and Mol Biol
• [Int'l Joint Research] Harvard University/Dep Neurol, Boston Children’s Hosp(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Harvard University/Dep Neurol, Boston Children’s 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, N., Nakamura, J., Kaneda, T., Tateno, H., Shimoda, A., Ichiki, T., Furukawa, K., Hirabayashi, J., Kazunari, A., Shiku, H.
  • Journal Title: J. Extracell. Vesicles Volume: 11 Pages: e12205
  • DOI: 10.1002/jev2.12205.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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 / Int'l Joint Research
• [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. and 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., and 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.: 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
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 557 Pages: 247-253
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.04.015.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Analysis of control mechanisms of cancer microenvironments by sugar chains in colorectal cancer cells (2021)
  • Author(s): Momoka Horiuchi, Yusuke Omi, Satoko Yamamoto, Hiroaki Kitazawa, Farhana Yesmin, Robiul Bhuiyan, Orie Tajima, Keiko Furukawa, Noboru Hashimoto, Koichi Furukawa
  • Organizer: 第80回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: 第80回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: 第80回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: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Development of novel and fully-murinized assessment system for CAR-T therapy (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: 第80回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, Yuhsuke Ohmi, Mariko Kambe, Farhana Yesmin, Satoko Yamamoto, Yoko Kitaura, Takako Ito, Orie Tajima, Koichi Furukawa, Keiko Furukawa
  • 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: 10th国際EV学会
  • 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: 10th国際EV学会
  • 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: 10th国際EV学会
  • 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
• [Remarks] Chubu Univ Coll Life Health Sci, Dep Glycobiol
  • URL: http://koichichubu.starfree.jp