2015 Fiscal Year Annual Research Report
極長鎖脂肪酸の産生及び代謝機構と代謝異常による病態の解明
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26251010
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
木原 章雄 北海道大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (50333620)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 極長鎖脂肪酸 / 脂質 / 脂肪酸 / 小胞体 / 皮膚 / バリア / スフィンゴ脂質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極長鎖脂肪酸（炭素数20を超える脂肪酸）は，生体内量は少ないものの，主要な脂肪酸である長鎖脂肪酸では代替できない特異的な機能を持つ。極長鎖脂肪酸の中でも飽和あるいは一価不飽和のものは殆どがスフィンゴ脂質に組み込まれる。
表皮において炭素数30-36の極長鎖脂肪酸はスフィンゴ脂質骨格のセラミドに組み込まれたのち，オメガ水酸化を受けてアシルセラミドへと変換する。表皮は外界の物質に対するバリアを形成しており，アシルセラミドは表皮バリア機能に極めて重要である。そのため，アシルセラミド不全は皮膚疾患魚鱗癬を引き起こす。これまでアシルセラミドの産生経路，産生遺伝子については殆ど不明であったが，我々は本研究においてシトクロームP450の１つであるCYP4F22がアシルセラミド産生での極長鎖脂肪酸のオメガ水酸化を触媒する酵素であること，CYP4F22変異を持つ魚鱗癬患者ではアシルセラミド産生が不全となっていることを明らかにした。
セラミドの産生はセラミド合成酵素によって触媒される。これまで，セラミド産生の調節機構については殆ど不明であったが，我々は本研究においてセラミド合成酵素がリン酸化によって正に制御されていることを見出した。このうち，極長鎖セラミド産生を担うセラミド合成酵素CERS2が最も強い活性調節を受けていた。さらに我々は，極長鎖スフィンゴ脂質が脳の中でもミエリンにおいて多く存在することを明らかにした。
極長鎖脂肪酸産生に関わる3-ヒドロキシアシルCoA脱水素酵素として，哺乳類には4種類のアイソザイム（HACD1-4）が存在する。このうち，HACD1は筋肉組織特異的に発現している。本研究において我々はHacd1ノックアウトマウスの解析を行い，Hacd1遺伝子欠損によって筋芽細胞の融合過程が損なわれ，筋肉の発達異常，筋力低下を伴うミオパチー症状を示すことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
アシルセラミド産生におけるCYP4F22の詳細な解析を行い，国際的に評価の高い雑誌（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）での公表に成功した。アシルセラミド産生の最後のステップであるオメガ水酸化極長鎖セラミドとリノール酸とのエステル結合形成に関してもPNPLA1が関わることを見出し，学術論文での公表に向けて準備を行っている。また，セラミド産生を触媒するセラミド合成酵素のリン酸化による制御機構，脳における極長鎖セラミドの分布についても解明することに成功し，論文として公表した。さらに，Hacd1ノックアウトマウスの解析を行い，ミオパチー発症の分子メカニズムを明らかにした。ヒト培養細胞を用いたHACD遺伝子欠損は，各HACDのシングル欠損細胞と最も活性が高いHACD1とHACD2の二重欠損細胞の作成が完了した。極長鎖脂肪酸の他の組織での役割解明については継続して探索を行っているが，脳ミエリンにおける2-ヒドロキシ極長鎖スフィンゴ脂質（ガラクトシルセラミド）の神経機能における役割について手がかりを得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
HACDの基質特異性の解析に関しては，作成した各HACDのシングル欠損細胞とHACD1 HACD2の二重欠損細胞の脂質組成の解析を行うことで明らかにする。アシルセラミド産生の最後のステップを触媒するPNPLA1に関しては，魚鱗癬患者で見られる変異体の解析などの結果を加えて，論文としての公表を目指す。スフィンゴ脂質分解系で働く脂肪族アルデヒドデヒドロゲナーゼALDH3A2のノックアウトマウス中では2-ヒドロキシ極長鎖ガラクトシルセラミドの減少により，神経機能が低下している可能性を見出しているので，行動解析などで詳細に解析する。
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Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Essential role of the cytochrome P450 CYP4F22 in the production of acylceramide, the key lipid for skin permeability barrier formation2015
Author(s)
Ohno Y, Nakamichi S, Ohkuni A, Kamiyama N, Naoe A, Tsujimura H, Yokose U, Sugiura K, Ishikawa J, Akiyama M, Kihara A
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Journal Title
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
Volume: 112
Pages: 7707-7712
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] HACD1, a regulator of membrane composition and fluidity, promotes myoblast fusion and skeletal muscle growth2015
Author(s)
Blondelle J, Ohno Y, Gache V, Guyot S, Storck S, Blanchard-Gutton N, Barthelemy I, Walmsley G, Rahier A, Gadin S, Maurer M, Guillaud L, Prola A, Ferry A, Aubin-Houzelstein G, Demarquoy J, Relaix F, Piercy RJ, Blot S, Kihara A, Tiret L, Pilot-Storck F
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Journal Title
J. Mol. Cell Biol.
Volume: 7
Pages: 429-440
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Histological analyses by matrix-assisted laser desorption/ionization-imaging mass spectrometry reveal differential localization of sphingomyelin molecular species regulated by particular ceramide synthase in mouse brains2015
Author(s)
Sugimoto M, Shimizu Y, Yoshioka T, Wakabayashi M, Tanaka Y, Higashino K, Numata Y, Sakai S, Kihara A, Igarashi Y, Kuge Y
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Journal Title
Biochim. Biophys. Acta
Volume: 1851
Pages: 1554-1565
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] A novel ultrahigh resolution imaging mass spectrometry visualizes distribution of sphingomyelin molecular species in the mouse tissue section2015
Author(s)
Sugimoto M, Shimizu Y, Wakabayashi M, Yoshioka T, Tanaka Y, Higashino K, Numata Y, Sakai S, Kihara A, Igarashi Y, Kuge Y
Organizer
8th Annual Meeting for the World Molecular Imaging Congress 2015
Place of Presentation
ハワイ（アメリカ）
Year and Date
2015-09-02 – 2015-09-05
Int'l Joint Research
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[Presentation] Molecular imaging of tissue distribution of sphingomyelin species produced by particular ceramide synthase and sphingomyelin synthase2015
Author(s)
Sugimoto M, Shimizu Y, Wakabayashi M, Yoshioka T, Tanaka Y, Higashino K, Numata Y, Sakai S, Kihara A, Kuge Y, Igarashi Y
Organizer
14th International Conference on Bioactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases
Place of Presentation
ブダペスト（ハンガリー）
Year and Date
2015-07-12 – 2015-07-15
Int'l Joint Research
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