細胞膜上の糖鎖構造の変化に起因する悪性形質獲得の分子メカニズムの解明
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18J13735
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Functional biochemistry
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| Research Institution | Nagoya University |
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| Research Fellow |
荒木 映莉乃 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 糖鎖 / ポリシアル酸 / ポリシアル酸転移酵素 / 癌 / 悪性形質 / 糖脂質 / ST8SIA2 / ST8SIA4 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「細胞膜上の糖鎖構造の変化に起因する悪性形質獲得の分子メカニズムの解明」を目的としている。細胞膜は細胞の中と外を分ける重要な分子装置であり、脂質二重膜の外葉はタンパク質や脂質に結合した糖鎖(糖タンパク質、糖脂質)で覆われている。通常、細胞が癌化すると、細胞表面の糖鎖構造に異常が起こる。特に酸性糖のシアル酸の増大は、浸潤や転移などの癌の悪性の形質と深く関わっている。本研究では、糖鎖の末端のオリゴ、ポリシアル酸を合成する酵素群(ST8SIA2,4,5)に着目し、ST8SIAシリーズの合成する糖タンパク質及び糖脂質の構造と悪性形質との関係を明らかにし、末端シアル酸の役割を解明する。本年は特に、ポリシアル酸転移酵素ST8SIA2及びST8SIA4について重点的に解析を行った。ポリシアル酸はシアル酸が8-400残基縮重合した構造の総称で、癌胎児性抗原として知られている。ポリシアル酸は自身の水和効果による巨大な排除体積によって、細胞-細胞/細胞外マトリックス間の接着を負に制御する分子として認識されており、癌細胞では、その反接着作用に基づく転移性獲得能が知られている。ポリシアル酸は、2種のポリシアル酸転移酵素(ST8SIA2,4)により合成されるが、その構造は、既存の抗ポリシアル抗体によって明確には区別されず、共に反接着性を示すものと考えられてきた。しかし、これらのポリシアル酸構造は、近年我々が見出した分子結合性というポリシアル酸の新たな性質によって区別されることが判明した。また、これまでに両酵素をそれぞれ過剰発現させたメラノーマ細胞において、癌細胞の悪性形質である増殖能、足場非依存的増殖能、浸潤能の差異が生じることを明らかにした。本年は、その悪性形質に結びつくメカニズムの一端を担う、下流のシグナル伝達経路及びその活性化の程度の違いについて明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでにB16マウスメラノーマ細胞にST8SIA2及びST8SIA4遺伝子を導入して安定発現株 (Mock、B16-ST8SIA2、B16-ST8SIA4) を樹立し、癌の悪性度に関わる性質を解析した。その結果、細胞の増殖能及び足場非依存的増殖能においてB16-ST8SIA4の悪性度が高いことが明らかになった。さらに、癌細胞の他の悪性形質である細胞の遊走、浸潤能について解析を行った。その結果、細胞の遊走能には有意差はないが、浸潤能においてはMockと比較してB16-ST8SIA2、B16-ST8SIA4ともに、有意に増大していた。この結果から、ポリシアル酸転移酵素の発現による浸潤能の増大が示された。そこで、浸潤能の増大がポリシアル酸依存的であるのか評価するために、ポリシアル酸特異的に切断する酵素によって処理し、浸潤能の解析を行った。その結果、ポリシアル酸転移酵素を発現し、浸潤能の増大している細胞において、ポリシアル酸の切断により浸潤能の増大が抑制されることが明らかになった。従って、浸潤能の増大は、ポリシアル酸依存的である。
さらに、細胞の増殖能や浸潤能においてST8SIA4の合成するポリシアル酸がより悪性化に寄与する分子メカニズムを明らかにするために、ST8SIA2とST8SIA4の合成するポリシアル酸の担体タンパク質および下流のシグナル分子について網羅的に解析を行った。その結果、ST8SIA2とST8SIA4が形成するポリシアル酸鎖の主な担体タンパク質はNCAMであり、下流のシグナル分子の活性化の程度に差が見られた。以上のことから、ST8SIA2とST8SIA4により増殖能、足場非依存的増殖能へのポリシアル酸鎖の機能的な差異が生じること及び、ポリシアル酸鎖が浸潤能に寄与することが明らかになった。さらに、悪性形質を制御しているシグナル伝達経路の一端を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
タンパク質上にポリシアル酸構造を合成するST8SIA2及びST8SIA4と悪性形質の関わりを明らかにする。ポリシアル酸はシアル酸のポリマー構造で、癌胎児性抗原として知られている。これまでの解析により、ST8SIA2とST8SIA4により増殖能、足場非依存的増殖能へのポリシアル酸鎖の機能的な差異が生じること及び、ポリシアル酸鎖が浸潤能に寄与することが明らかになった。さらに、悪性形質を制御しているシグナル伝達経路の一端を明らかにした。今後は、ST8SIA2及びST8SIA4により合成されたポリシアル酸構造の差異がどのようにして悪性化に寄与しているのか、そのメカニズムを明らかにするためにポリシアル酸鎖の構成成分と構造を明らかにする。さらに、悪性形質を制御するシグナル伝達分子とポリシアル酸とのクロストークについて解析を行う。
さらに、糖脂質末端のジシアル酸の合成酵素(ST8SIA5 S,M,L)の3つのバリアントに着目し、それらの合成する糖脂質の構造と悪性形質との関係を解明する。これまでに、ジシアル酸を認識する抗体によりST8SIA5 S,M,Lの間で量的あるいは質的な差異が検出された。さらに、悪性形質の一つである足場非依存的増殖能に差があることが明らかになった。ジシアル酸の差異は、欠損部位が酵素の幹部であることに起因すると考えられる。そこで、ST8SIA5 S,M,Lの基質特異性を解析する。次に、ジシアル酸含有糖脂質の組成の変化が悪性形質に及ぼす影響を解析する。細胞の増殖能および、細胞の浸潤能、遊走能について解析を行う。最終的には、糖脂質組成の変化により悪性形質を獲得する分子メカニズムをラフトに着目して解析する。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
