グリコサミノグリカン等鎖合成のシナリオ

• 研究課題/領域番号: 14082207
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 北海道大学 (2006); 神戸薬科大学 (2002-2005)
• 研究代表者: 菅原 一幸 北海道大学, 大学院・先端生命科学研究院, 教授 (60154449)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 31,500千円 (直接経費: 31,500千円); 2006年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円); 2005年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円); 2004年度: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円); 2003年度: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円); 2002年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
• キーワード: コンドロイチン硫酸 / ヘパラン硫酸 / コンドロイチン合成酵素 / プロテオグリカン / コンドロイチン重合化因子 / 糖転移酵素 / EXT癌抑制遺伝子 / グリコサミノグリカン / rib-1 / へパラン硫酸 / 硫酸基転移酵素 / herpes simplex virus / 線虫 / EXT / chondroitin synthase / 細胞分裂 / chondroitin Polymerizing factor / 棟転移酵素 / ガン抑制遺伝子 / chondroitin polymerizing factor / 糖転位酵素 / GalNAc転位酵素 / ショウジョウバエ

研究概要

プロテオグリカンの多糖側鎖である硫酸化グリコサミノグリカンはヘパラン硫酸タイプとコンドロイチン硫酸タイプに大別されるが、ともに増殖因子などの種々のシグナル分子と相互作用し、それらのタンパク質の機能を調節する。しかし、本特定領域が開始される頃には、その生合成のメカニズムはほとんど解明されていなかったので、それらの生合成のシナリオを解明することを本プロジェクトの目的とした。我々は、この方針に従って、ヘパラン硫酸とコンドロイチン硫酸の生合成における、合成の開始、伸長、重合、鎖長調節をヒト、線虫、ハエの系を用いて解明し、研究課題「グリコサミノグリカン糖鎖合成のシナリオ」の解明を基本的に達成した。即ち、それらの過程に係る糖転移酵素、硫酸基転移酵素、調節因子の同定,それらのタンパク質間の相互作用の証明である。さらに、線虫のコンドロイチン合成酵素と重合化因子のRNAiによって、コンドロイチンの細胞質分裂における必須の役割を証明した。また、硫酸基転移酵素の欠損による遺伝病の発見にも貢献した。一方、脳のコンドロイチン硫酸によるプレイオトロフィンや肝細胞増殖因子など増殖因子を介した神経突起伸長促進活性発現のメカニズムを解明した。また、コンドロイチン硫酸のウイルス感染レセプターとしての機能を実証し、プレイオトロフィンやサイトカインとの結合に必要な糖鎖配列も解明した。これらの研究成果は、当該分野だけでなく、周辺領域への大きな波及効果を示しつつある。現在進行中のGlcAT-1とEXTL2のKOマウスの解析は、グリコサミノグリカン機能の重要性の証明を確固たるものとするであろう。

研究成果

• [雑誌論文] Expression of rib-l, a Caenorhabditis elegans Homolog of the Human TumorSuppressor EXT Genes is indispensable for heparan sulfate synthesis and embryonic morphogenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa, H.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 8533-8544
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression of rib-1, a Caenorhabditis elegans Homolog of the Human Tumor Suppressor EXT Genes is indispensable for heparan sulfate synthesis and embryonic morphogenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa, H., Izumikawa, T., Mizuguchi, S., Dejima, K., Nomura, K. H., Egusa, N., Taniguchi, F., Tamura, J., Gengyo-Ando, K., Mitani, S., Nomura, K., Sugahara, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 (11) ページ: 8533-8544
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biosynthesis ofglycosaminoglycans and proteoglycans. (2007)
  • 著者名/発表者名: Uyama, T., Kitagawa, H., Sugahara, K.
  • 雑誌名: Comprehensive Glycoscience (Kamerling J. P., ed. ) Elsevier (Amsterdam) vol. 3, 25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neuritogenic activity of chondroitin/dermatan sulfate hybrid chains of embryonic pig brain and their mimicry from shark liver : Involvement of the pleiotrophin and hepatocyte growth factor signaling pathways. (2007)
  • 著者名/発表者名: Fuchuan Li
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 282・5 ページ: 2956-2956
• [雑誌論文] Expression of rib-1, a Caenorhabditis elegans Homolog of the Human Tumor Suppressor EXT Genes is indispensable for heparan sulfate synthesis and embryonic morphogenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kitagawa
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 282・11 ページ: 8533-8533
• [雑誌論文] Involvement of chondroitin sulfate synthase-3 (chondroitin synthase-2) in chondroitin polymerization through its interaction with chondroitin synthase-1 or chondroitin polymerizing factor. (2007)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Izumikawa
  • 雑誌名: Biochemical Journal (in press)
• [雑誌論文] Heparan sulfate polymerization in Drosophila. (2006)
  • 著者名/発表者名: Izumikawa, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 1929-1934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] C. elegans pharyngeal morphogenesis requires both de novo synthesis of pyrimidines and synthesis of heparan sulfate proteoglycans. (2006)
  • 著者名/発表者名: pranks, DM.
  • 雑誌名: Dev, Biol. 296 ページ: 409-420
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Heparan sulfate polymerization in Drosophila. (2006)
  • 著者名/発表者名: Izumikawa, T., Egusa, N., Taniguchi, F., Sugahara, K., Kitagawa, H.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 (4) ページ: 1929-1934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] G. C. elegans pharyngeal morphogenesis requires both de novo synthesis of pyrimidines and synthesis of heparan sulfate proteoglycans (2006)
  • 著者名/発表者名: Franks, D. M., Izumikawa, T., Kitagawa, H., Sugahara, K., Okkema, P.
  • 雑誌名: Dev. Biol. 296 (2) ページ: 409-420
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Essential roles of 3'-phosphoadenosine 5'-phoshosulfate synthase in embryonic and larval development of the nematode Caenorhabditis elegans. (2006)
  • 著者名/発表者名: Katsufumi Dejima
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 281・16 ページ: 11431-11431
• [雑誌論文] Composition of perineuronal net extracellular matrix in rat brain : A different disaccharide composition for the net-associated proteoglycans. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sarama Sathyaseelan Deepa
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 281・26 ページ: 17789-17789
• [雑誌論文] C. elegans pharyngeal morphogenesis requires both de novo synthesis of pyrimidines and synthesis of heparan sulfate proteoglycans. (2006)
  • 著者名/発表者名: Dawn M.Franks
  • 雑誌名: Developmental Biology 296・2 ページ: 409-409
• [雑誌論文] Chondroitin 4-O-sulfotransferase-1 regulate "E" disaccharide expression of chondroitin sulfate required for herpes simplex virus infectivity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Toru Uyama
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 281・50 ページ: 38668-38668
• [雑誌論文] Heparan sulfate polymerization in Drosophila (2006)
  • 著者名/発表者名: 泉川 友美
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281(4) ページ: 1929-1934
• [雑誌論文] Demonstration of the pleiotrophin-binding oligosaccharide sequences isolatedfrom chondroitin sulfate/dennatan sulfate hybrid chains of embryonic pig brains. (2005)
  • 著者名/発表者名: Bao, X.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 35318-35328
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Demonstration of the pleiotrophin-binding oligosaccharide sequences isolated from chondroitin sulfate/dermatan sulfate hybrid chains of embryonic pig brains. (2005)
  • 著者名/発表者名: Bao, X., Muramatsu, T., Sugahara, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 (42) ページ: 35318-35328
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biosynthesis of heparin and heparan sulfate. (2005)
  • 著者名/発表者名: Mizumoto, S., Kitagawa, H., Sugahara, K.
  • 雑誌名: Chemistry and Biology of Heparin and Heparan sulfate (Garg, H. G., Linhardt, R. J., and Hales, C. A., eds. ), Elsevier, Oxford, UK. 40
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Demonstration of the pleiotrophin-binding oligosaccharide sequences isolated from chondroitin sulfate/dermatan sulfate hybrid chains of embryonic pig brains (2005)
  • 著者名/発表者名: Bao Xingfeng
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(42) ページ: 35318-35328
• [雑誌論文] Loss of chondroitin 6-O-sulfotransferase-l function results in severe human chondrodysplasia with progressive spinal involvement. (2004)
  • 著者名/発表者名: Thiele, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 ページ: 10155-10160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nematode chondfoitin polymerizing factor showing cell/organ-specific expression is indispensable for chondroitin synthesis and embryonic cell division. (2004)
  • 著者名/発表者名: Izumikawa, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 53755-53761
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Loss of chondroitin 6-O-sulfotransferase-1 function results in severe human chondrodysplasia with progressive spinal involvement. (2004)
  • 著者名/発表者名: Thiele, H., Sakano, M., Kitagawa, H., Sugahara, K,. Rajab, A., Hohne, W., Leschik, G, Nurnberg, P., Mundlos, S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 (27) ページ: 10155-10160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nematode chondroitin polymerizing factor showing cell/organ-specific expression is indispensable for chondroitin synthesis and embryonic cell division. (2004)
  • 著者名/発表者名: Izumikawa, T., Kitagawa, H., Mizuguchi, S., Nomura, K. H., Nomura, K., Tamura, J., Gengyo-Ando, K., Mitani, S., Sugahara, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 (51) ページ: 53755-53761
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structural Characterization of heparan sulfate chains synthesized in embryonic fibroblasts from EXT1-deficient mice EXT1-deficien mice synthesize adequately sulfated yet shorter heparan sulfate chains. (2004)
  • 著者名/発表者名: 山田 修平
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279(31) ページ: 32134-32141
• [雑誌論文] Chondroitin sulfate chains on yndeca-1 and syndecan-4 from normal murine mammary gland epithelial cells are structurally and functionally distinct, and cooperate with heparan sulfate chains to bind growth factors : A NOVEL FUNCTION TO CONTROLBINDING OF MIDKINE, PLEIOTROPHIN AND BASIC FIBROBLAST GROWTH FACTOR (2004)
  • 著者名/発表者名: Sarama Sathyaseelan Deepa
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279(36) ページ: 37368-37376
• [雑誌論文] Nematode chondroitin polymerizing factor showing cell/organ-specific expression is indispensable for chondroitin synthesis and embryonic cell division. (2004)
  • 著者名/発表者名: 泉川 友美
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279(51) ページ: 53755-53761
• [雑誌論文] Molecular cloning and expression of a second chondroitin N-acetylgalactosaminyltransferase involved in the biosynthetic initiation and elongation of chondroitin/dennatan sulfate. (2003)
  • 著者名/発表者名: Uyama, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 3072-3078
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal structure of an 1, 4-N-acetylhexosammyltransferase (EXTL2), a member of the exostosin gene family involved in heparan sulfatebiosynthesis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Pedersen, L. C.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 278 ページ: 14420-14428
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Heterogeneity of the chondroitin sulfate portion of phosphacan/6B4 prbteoglycan regulates its binding affinity for pleiotrophin/HB-GAM. (2003)
  • 著者名/発表者名: Maeda, N.
  • 雑誌名: J, Biol. Chem. 278 ページ: 35805-35811
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Recent advances in the structural biology of chondroitin sulfate and dermatan sulfate (2003)
  • 著者名/発表者名: Sugahara, K.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 13 ページ: 612-620
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular cloning and expression of a second chondroitin N-acetylgalactosaminyltransferase involved in the biosynthetic initiation and elongation of chondroitin/dermatan sulfate. (2003)
  • 著者名/発表者名: Uyama, T., Kitagawa, H., Tanaka, J., Tamura, J., Ogawa, T., Sugahara K
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 (5) ページ: 3072-3078
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystal structure of an 1, 4-N-acetylhexosaminyltransferase (EXTL2), a member of the exostosin gene family involved in heparan sulfate biosynthesis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Pedersen, L. C., Dong, J., Taniguchi, F., Kitagawa, H., Krahn, J., Pedersen, L. G., Sugahara, K., Negishi, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 (16) ページ: 14420-14428
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Heterogeneity of the chondroitin sulfate portion of phosphacan/6B4 proteoglycan regulates its binding affinity for pleiotrophin/HB-GAM. (2003)
  • 著者名/発表者名: Maeda, N., He, J., Yajima, Y, Mikami, T., Sugahara. K., Yabe, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 (37) ページ: 35805-35811
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recent advances in the structural biology of chondroitin sulfate and dermatan sulfate (2003)
  • 著者名/発表者名: Sugahara, K., Mikami, T., Uyama, U., Mizuguchi, S., Nomura, K., Kitagawa, H.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 13(5) ページ: 612-620
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recognition of glycosaminoglycans by midkine. (2003)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, T., Muramatsu, H., Kaneda, N., Sugahara, K.
  • 雑誌名: Methods in Enzymol., (Lee, Y. C., and . Lee R. T. eds. ), Academic Press, New York 363 ページ: 11-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Oversulfated chondroitiin/dermatan sulfates containing GlcA 1/IdoA 1-3GalNAc(4, 6-O-disulfate)interact with L- and P-selectin and chemokines. (2002)
  • 著者名/発表者名: Kawashima, H
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 277 ページ: 12921-12930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Oversulfated chondroitin/dermatan sulfates containing GlcA 1/IdoA 1-3GalNAc(4, 6-O-disulfate)interact with L- and P-selectin and chemokines. (2002)
  • 著者名/発表者名: Kawashima, H., Atarashi, K., Hirose, M., Hirose, J., Yamada, S., Sugahara, K., Miyasaka, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 277 (15) ページ: 12921-12930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Comprehensive Glycoscience (Kamerling J. P., ed. ) (2007)
  • 著者名/発表者名: Uyama, T.
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Elsevier (Amsterdam)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Chemistry and Biology of Heparin and Heparan sulfate (Garg, H. G・, Linhardt, R. J・, and Hales, C. A・, eds・) (2005)
  • 著者名/発表者名: Mizumoto, S
  • 総ページ数: 40
  • 出版者: Elsevier, Oxford, UK.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Carbohydrate Engineering Book (2005)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 総ページ数: 324
  • 出版者: Dekker/CRC Press
• [図書] Chemistry and Biology of Heparin and Heparan Sulfate (2005)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 総ページ数: 774
  • 出版者: Elsevier
• [図書] Methods in Enzymol. (Lee, Y. C., and . Lee R. T. eds. ) (2003)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, T.
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: Academic Press, New York
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] グリコサミノグリカン糖鎖の生合成不全マウス (2007)
  • 発明者名: 北川裕之, 菅原一幸, 浅野雅秀, 杉原一司
  • 権利者名: JSTおよび国立大学法人金沢大学
  • 産業財産権番号: 2007-034346
  • 取得年月日: 2007-02-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] プレイオトロフィン結合性および非結合性のコンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸オリゴ糖 (2005)
  • 発明者名: 菅原 一幸, バオシンフオン
  • 権利者名: (財)新産業創造研究機構(TLOひようご)
  • 産業財産権番号: 2005-197587
  • 出願年月日: 2005-07-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] プレイオトロフィン結合性および非結合性のコンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸オリゴ糖 (2005)
  • 発明者名: 菅原一幸, バオシンフォン
  • 権利者名: JST
  • 産業財産権番号: 2005-197587
  • 出願年月日: 2005-07-06
• [産業財産権] ヘパラン鎖のin vitro合成法とその利用 (2004)
  • 発明者名: 菅原一幸, 北川裕之, 金 炳澤
  • 権利者名: (財)新産業創造研究機構(TLOひようご)
  • 出願年月日: 2004-05-20
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] Molecular ckning and characterization of a novel chond-oitin polymenzing factor, which cooperates with chondroitin synthase for chondoroitin polymnerization (2003)
  • 発明者名: 菅原 一幸, 北川裕之
  • 権利者名: (財)新産業創造研究機構(TLOひようご)
  • 出願年月日: 2003-03-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] Cone protein sequences of primer subsuales in additon to theEXTI-EXT2 interaction are essential for polymnenzation of a heparan sulfate/heparin precusor heparan (2003)
  • 発明者名: 菅原 一幸, 北川 裕之, 金 炳澤
  • 権利者名: (財)新産業創造研究機構(TLOひようご)
  • 出願年月日: 2003-05-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Lars C.Pedersen: "Crystal structure of an α1, 4-N-acetylhexosaminyltransferase (EXTL2), a member of the exostosin gene family involved in heparan sulfate biosynthesis."J.Biol.Chem.. 278(16). 14420-14428 (2003)
• [文献書誌] 水口 惣平: "Chondroitin proteoglycans are involved in cell division of Caenorhabditis elegans."Nature. 423(6938). 443-448 (2003)
• [文献書誌] 北川 裕之: "Molecular cloning of a chondroitin polymerizing factor that cooperates with chondroitin synthase for chondroitin polymerization."J.Biol.Chem.. 278(26). 23666-23671 (2003)
• [文献書誌] 菅原 一幸: "Recent advances in the structural biology of chondroitin sulfate and dermatan sulfate."Curr.Opin.Struct.Biol.. 13(5). 612-620 (2003)
• [文献書誌] 金 炳澤: "In Vitro Heparan Sulfate Polymerization : CRUCIAL ROLES OF CORE PROTEIN MOIETIES OF PRIMER SUBSTRATES IN ADDITION TO THE EXT1-EXT2 INTERACTION"J.Biol.Chem.. 278(43). 41618-41623 (2003)
• [文献書誌] 菅原 一幸: "Heparin and heparan sulfate biosynthesis (comprehensive review)"IUBMB Life. 54(4). 163-175 (2002)
• [文献書誌] 宇山 徹: "Molecular cloning and expression of a second chondroitin N-acetylgalactosaminyltransferase involved in the biosynthetic initiation and elongation of chondroitin/dermatan sulfate"J. Biol. Chem.. 278(5). 3072-3078 (2003)
• [文献書誌] 金 炳澤: "Cloning and characterization of three glucuronyltransferases likely involved in glycosaminoglycan biosynthesis in Drosophila melanogaster"J. Biol. Chem.. 278(11). 9116-9124 (2003)