Elucidation of novel mechanisms of signal transduction by retinoic acid via epigenetic regulation and its applications

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26460079
• Research Institution: Hoshi University
• Principal Investigator: 高橋 典子 星薬科大学, 薬学部, 教授 (50277696)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 正彦 星薬科大学, 薬学部, 助教 (40507670) ; 高橋 勝彦 星薬科大学, 薬学部, 准教授 (80307066)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: レチノイン酸 / レチノイル化 / 蛋白質修飾 / シグナル伝達 / プロテインキナーゼA / 遺伝子発現調節

Outline of Annual Research Achievements

レチノイン酸 (RA) は、ビタミンAの活性型であり、生命維持・病気予防において多岐にわたる重要な作用を示す。RAがヒト前骨髄性白血病細胞 (HL60細胞) に対し強力な細胞分化誘導能を持つことから、現在急性前骨髄球性白血病患者の治療に使われている。本研究ではRA核内受容体とは別の作用機構として、cAMP依存性リン酸化酵素 (PKA) 等のシグナル分子 および ヒストン等の核内タンパク質へのレチノイル化反応 (RAによる翻訳後タンパク質修飾) があることを証明し、RAのエピジェネティクス制御作用という新しい概念を提唱することにある。先ず、HL60細胞の新規核内レチノイル化タンパク質の解析・同定を行い、アクチンの脱重合 (細胞骨格) を制御するRhoAの活性化を阻害する作用をもつRho-GDIβを同定した。RAはCaspase-3活性の抑制を介することなく、Rho-GDIβと結合することによりその切断を阻害し、apoptosisを抑制することを見出した。また、cAMP依存性リン酸化酵素 (PKA) の調節サブユニット(RIIα) がレチノイル化されていることから、RAによるPKAの安定性、細胞内局在性の変化について検討を行った。RAがプロテアソームでのRIIα分解抑制によるPKAの安定化と核移行を誘導し、核内レチノイル化PKAによる核内タンパク質のリン酸化を促すことで、顆粒球様細胞への分化を誘導する可能性を示した。さらに、HL60細胞から単離したヒストンのリン酸化がPKAによるものであり、RA処理によりヒストンのリン酸化は増加し、アセチル化は減少することを明らかとした。以上、RAがRIIαをレチノイル化することで安定化させて核にPKAを移行させた後、核内PKAがDNAの転写に関わるヒストンのリン酸化、アセチル化に変化を与え、RAのエピジェネティクス制御を行うことが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Protein kinase A activation by retinoic acid in the nuclei of HL60 cells. (2017)
  • Author(s): Sakai, A., Imai, M., Takahashi, K., Hasegawa, S., Yamasaki, M., Ohba, T., and Takahashi, N.
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta. Volume: 1861 Pages: 276-285
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2016.11.039.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of pre- and post-administration of vitamin A on the growth of refractory cancers in xenograft mice. (2017)
  • Author(s): Li, C., Imai, M., Yamasaki, M., Hasegawa, S., and Takahashi, N.
  • Journal Title: Biol. Pharm. Bull. Volume: 40 Pages: 486-494
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00933.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Growth inhibition of refractory human gallbladder cancer cells by retinol, and its mechanism of action (2017)
  • Author(s): Li, C., Imai, M., Hasegawa, S., Yamasaki, M., and Takahashi, N.
  • Journal Title: Biol. Pharm. Bull. Volume: 40 Pages: 495-503
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00934.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Retinoylation (covalent modification by retinoic acid) of Rho-GDIβ in the human myeloid leukemia cell line HL60 and its functional significance. (2016)
  • Author(s): Takahashi, N., Ohba, T., Imai, M., Hasegawa, S., Takahashi, K., Yamasaki, M., and Kameoka, Y.
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta. Volume: 1861 Pages: 22011-2019
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2016.10.001.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Site-specific cleavage of acetoacetyl-CoA synthetase by legumain. (2016)
  • Author(s): Hasegawa, S., Inoue, D., Yamasaki, M., Li, C., Imai, M., Takahashi, N., and Fukui, T.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 590 Pages: 1592-1601
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12197.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] オキサゾロン塗布皮膚炎モデルマウスにおける抗酸化物質プロビタミンAの効果 (2017)
  • Author(s): 掛 貴達、長谷川 晋也、今井 正彦、山崎 正博、高橋 典子
  • Organizer: 日本薬学会第 137年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] HL60細胞分化における核内プロテインキナーゼAに関する研究 (2017)
  • Author(s): 山王 豊盛、今井 正彦、酒井 亜沙子、高橋 勝彦、長谷川 晋也、山崎 正博、高橋 典子
  • Organizer: 日本薬学会第 137年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] レチノールによる難治胆嚢癌細胞の増殖抑制メカニズムの解明 (2017)
  • Author(s): 今井 正彦、李 川、長谷川 晋也、山﨑 正博、高橋 典子
  • Organizer: 日本薬学会第 137年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] Effects of cinnamic acid derivatives on lipid absorption and accumulation (2016)
  • Author(s): 今井正彦、掛貴達、長谷川晋也、山﨑正博、津吹政可、高橋典子
  • Organizer: 第27回日本レチノイド研究会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-10-22 – 2016-10-23
• [Presentation] 難治癌に対する Retinol による増殖抑制メカニズムの探索 (2016)
  • Author(s): 李川、今井正彦、長谷川晋也、山﨑正博、高橋典子
  • Organizer: 第27回日本レチノイド研究会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-10-22 – 2016-10-23
• [Presentation] レチノイン酸による細胞分化時のGAPDH蛋白質の変化 (2016)
  • Author(s): 高橋典子、武井宏樹、今井正彦、長谷川晋也、山崎正博、佐藤祐顕
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] 各種アミノ酸欠乏による脂肪細胞成熟化への影響 (2016)
  • Author(s): 高橋勝彦、北村愛理、北村有梨香、赤井夢乃、兼子あやか、東寺菜穂、高橋典子
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] ロバスタチンによるオートファジー誘導作用 (2016)
  • Author(s): 今井正彦、小澤翼、濱野雄貴、岩本優花、長谷川晋也、山﨑正博、高橋典子
  • Organizer: フォーラム2016：衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-10 – 2016-09-11
• [Presentation] Effects of retinoic acid and fenretinide derivative on mouse skin (2016)
  • Author(s): Noriko Takahashi, Toshihiro Ohba, Takamichi Kake, Yuichi Sasaki, Masahiko Imai, Masahiro Yamasaki, Shinya Hasegawa, and Yasunori Fujiu
  • Organizer: FASEB 3rd International Conference on Retinoids
  • Place of Presentation: West Palm Beach, FL, USA
  • Year and Date: 2016-06-19 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research