Diversity and function of very-long-chain lipids in the formation of permeability barrier

• Project/Area Number: 23K24020
• Project/Area Number (Other): 22H02757 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐々 貴之 北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (20342793)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 脂質 / 極長鎖脂肪酸 / 生体バリア / 脂肪酸 / セラミド / 口腔粘膜 / バリア

Outline of Research at the Start

継続課題のため、記入しない。

Outline of Annual Research Achievements

野生型マウスの口腔や消化管およびヒト口腔のセラミドプロファイルを明らかにした。口腔のアシルセラミド中のω水酸化脂肪酸にエステル結合した脂肪酸をLC-MS/MSのネガティブイオンモードで分析し、表皮と同様に大部分がリノール酸であることを明らかにした。口腔および食道でElovl1を欠損させたElovl1 KOマウスの口腔および食道において、セラミドの脂肪酸部分の短鎖化およびアシルセラミドと結合型セラミド量の減少が見られた。ルシファーイエローの浸透性および飲水に添加したカプサイシンに対する忌避性を指標として口腔バリア機能を評価した結果、Elovl1 KOマウスでは口腔バリア機能が低下していることが明らかになった。以上の成果を論文発表した。
先天性魚鱗癬モデルマウス3系統のセラミドプロファイルと皮膚バリア機能を同一条件で比較した結果、結合型セラミド量の減少の程度が皮膚バリア不全の程度と関係していることが示唆された。
タモキシフェン誘導型Elovl1 KOマウスにタモキシフェンを投与後、異なる期間で表皮を採取し、セラミドを測定した結果、皮膚バリア機能に重要なアシルセラミドと結合型セラミドが経時的に減少し、少し遅れて皮膚バリア機能が低下することを明らかにした。
先天性魚鱗癬患者におけるELOVL1のミスセンス変異（S165F）について、変異残基をさまざまなアミノ酸に置換した変異体の酵素活性を測定した結果、かさ高い側鎖をもつアミノ酸への置換が活性を顕著に低下させたことから、S165F変異によって脂肪酸結合部位の立体構造が変化し、活性が低下したと考えられた。また、S165F変異をもつ先天性魚鱗癬患者の角質サンプルを入手した。
先天性魚鱗癬モデルマウスへのアシルセラミドの塗布による皮膚バリア機能の回復について予備検討を行った。塗布したアシルセラミドが浸透し、数日は塗布部位に残ることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

交付申請書に示した内容について、予定していた検討・解析をおおむね行うことができた。マウスおよびヒト口腔粘膜の包括的セラミドプロファイルの解明やElovl1 KOマウスの解析を通じて口腔バリア機能におけるアシルセラミド・結合型セラミドの関与を明らかにし、論文として報告するなど、重要な進展があった。以上の点から、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

脂肪酸部分のα位に水酸基をもつAタイプセラミドの合成に関与する未同定酵素の候補として脂肪酸2位（α位）水酸化酵素FA2Hに着目し、FA2H KOケラチノサイトおよびFA2Hに変異をもつ神経疾患患者の角質層サンプルのセラミドプロファイリングを行う。
タモキシフェン誘導型のElovl1欠損マウスにタモキシフェンを投与し、誘導後のセラミドプロファイルの分析およびバリア機能の経時測定を行う実験について、マウスの個体数を増やし、詳細なデータを取得する。
ELOVL1遺伝子にミスセンス変異をもつ先天性魚鱗癬患者とコントロールの角質サンプルから脂質を抽出し、LC-MS/MSによるセラミドプロファイルの分析を行い、患者で起きているセラミド組成変化を明らかにする。
アシルセラミドをタモキシフェン誘導型のElovl1 KOマウスに塗布する実験について、昨年度の条件検討結果をふまえた本実験を行う。LC-MS/MSによるセラミドの測定と経皮水分蒸散量の測定を行い、塗布されたアシルセラミドの代謝と皮膚バリア機能が改善するかどうかを調べる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Charite University Hospital(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Demiroglu Bilim University/Kafkas University/Acibadem MAA University(トルコ)
• [Journal Article] Importance of ceramides containing very-long-chain fatty acids in oral barrier function (2024)
  • Author(s): 佐々 貴之
  • Journal Title: 生化学 Volume: 96 Issue: 1 Pages: 60-65
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2024.960060
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2024-02-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of skin barrier abnormalities and epidermal ceramide profiles among three ω-O-acylceramide synthesis-deficient mouse strains (2024)
  • Author(s): Yamamoto Yuta, Sassa Takayuki, Kihara Akio
  • Journal Title: Journal of Dermatological Science Volume: 113 Issue: 1 Pages: 10-17
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2023.12.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of ω-O-acylceramides and protein-bound ceramides in oral permeability barrier formation (2023)
  • Author(s): Sassa Takayuki, Kihara Akio
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 4 Pages: 112363-112363
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112363
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Incomplete elongation of ultra-long-chain polyunsaturated acyl-CoAs by the fatty acid elongase ELOVL4 in spinocerebellar ataxia type 34 (2023)
  • Author(s): Tamura Yuka, Sassa Takayuki, Nishizawa Takumi, Kihara Akio
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology Volume: 43 Issue: 2 Pages: 85-101
  • DOI: 10.1080/10985549.2023.2169563
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ceramide profiling of stratum corneum in Sjogren-Larsson syndrome (2022)
  • Author(s): Arai Ayami, Takeichi Takuya, Wakamoto Hiroyuki, Sassa Takayuki, Ito Yasutoshi, Murase Yuya, Ogi Tomoo, Akiyama Masashi, Kihara Akio
  • Journal Title: Journal of Dermatological Science Volume: 107 Issue: 3 Pages: 114-122
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2022.08.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hypomyelinating spastic dyskinesia and ichthyosis caused by a homozygous splice site mutation leading to exon skipping in ELOVL1 (2022)
  • Author(s): Takahashi Taiko, Mercan Sevcan, Sassa Takayuki, Akcapinar Gunseli Bayram, Yararbas Kanay, Susgun Seda, Iseri Sibel Aylin Ugur, Kihara Akio, Akcakaya Nihan Hande
  • Journal Title: Brain and Development Volume: 44 Issue: 6 Pages: 391-400
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2022.03.003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 口腔バリア形成へのセラミドの関与 (2023)
  • Author(s): 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第16回セラミド研究会学術集会，第17回スフィンゴテラピィ研究会合同年会
• [Presentation] セミノリピド合成と精子形成における脂肪族アシルCoA還元酵素FAR1の役割およびセミノリピドとスルファチドの精巣におけるアシル／アルキル鎖の多様性 (2023)
  • Author(s): 玉澤彩乃, 大塚賢人, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第16回セラミド研究会学術集会，第17回スフィンゴテラピィ研究会合同年会
• [Presentation] 神経系における長鎖脂肪族アルコール産生酵素FAR1の機能 (2023)
  • Author(s): 髙橋典雅, 大塚賢人, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
• [Presentation] ELOVL4ミスセンス変異による脊髄小脳失調症34型における超長鎖多価不飽和脂肪酸の不完全伸長 (2023)
  • Author(s): 田村優花, 佐々貴之（発表者）, 西澤卓海, 木原章雄
  • Organizer: 第 65 回日本脂質生化学会
• [Presentation] 皮膚バリアの維持におけるアシルセラミド及び結合型セラミドの役割 (2023)
  • Author(s): 平沼大雅, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Presentation] マイバム脂質中のステリルエステルにおけるステロール多様性 (2022)
  • Author(s): 木下航, 宮本政宗, 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] 脂肪酸伸長酵素ELOVLにより産生される極長鎖脂肪酸の多様な機能 (2022)
  • Author(s): 佐々貴之, 木原章雄
  • Organizer: 第43回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Invited
• [Remarks] 北海道大学大学院薬学研究院生化学研究室
  • URL: https://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.php
• [Remarks] 口腔バリア形成におけるセラミドの重要性を解明 ～口腔疾患との関係解明や治療薬の開発に期待～
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/2023/04/post-1212.html