GPIアンカー側鎖とフリーGPIの生理的・病理的意義の解明

• 研究課題/領域番号: 16H04753
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 木下 タロウ 大阪大学, 微生物病研究所, 寄附研究部門教授 (10153165)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 糖脂質 / 糖鎖

研究成果の概要

糖脂質であるGPI（グリコシルホスファチジルイノシトール）は、タンパク質に結合して膜アンカーとして働くだけでなく、フリーの糖脂質としても存在している。GPI骨格は共通であるが、側鎖によって多様性が生まれる。GPI側鎖の生合成機構の解明とフリーGPIの動態と病理的意義の解明を研究目標とし、以下の成果を得た。（１）側鎖形成に働く２つの酵素を同定した。（２）GPIトランスアミダーゼ欠損細胞ではフリーGPIが細胞表面に発現することを示し、そのレベルをGPI生合成量の指標にすることにより、GPI生合成の制御機構の一端を明らかにした。また、フリーGPIの蓄積によって自己炎症が起こることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトが持つタンパク質の約160種には糖脂質であるGPI（グリコシルホスファチジルイノシトール）が結合しており、GPIによって細胞膜に係留されて機能している。GPIの生合成が異常になると先天性グリコシルホスファチジルイノシトール(GPI)欠損症や発作性夜間ヘモグロビン尿症と言った難病を発症する。GPIの糖鎖部分の骨格は共通構造をしているが、側鎖によって多様性が生まれる。しかし側鎖の生合成機構は未解明であった。また、GPIはタンパク質に結合しないフリーの糖脂質としても存在することが知られているが、その生理的意義や病理的意義は不明であった。本研究の成果はこれらの課題に一定の進展をもたらした。

研究成果

• [国際共同研究] Radboud University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] King’s College Hospital(英国)
• [雑誌論文] α2,3 linkage of sialic acid to a GPI anchor and an unpredicted GPI attachment site in human prion protein (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Atsushi、Hirata Tetsuya、Nishikaze Takashi、Ninomiya Akinori、Maki Yuta、Takada Yoko、Kitamoto Tetsuyuki、Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 22 ページ: 7789-7798
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.013444
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PGAP6, a GPI-specific phospholipase A2, has narrow substrate specificity against GPI-anchored proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Gun-Hee、Fujita Morihisa、Nakanishi Hideki、Miyata Haruhiko、Ikawa Masahito、Maeda Yusuke、Murakami Yoshiko、Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 42 ページ: 14501-14509
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014643
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calnexin mediates the maturation of GPI-anchors through ER retention (2020)
  • 著者名/発表者名: Guo Xin-Yu、Liu Yi-Shi、Gao Xiao-Dong、Kinoshita Taroh、Fujita Morihisa
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 48 ページ: 16393-16410
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.015577
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bi-allelic Variants in the GPI Transamidase Subunit PIGK Cause a Neurodevelopmental Syndrome with Hypotonia, Cerebellar Atrophy, and Epilepsy (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Thi Tuyet Mai、Murakami Yoshiko、Mobilio Sabrina、Rosenfeld Jill A.、St-Denis Anik、Elrick Matthew J.、Anselm Irina、Rodan Lance H.、Tartaglia Marco、Gleeson Joseph、Kinoshita Taroh、Campeau Philippe M.
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 106 号: 4 ページ: 484-495
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2020.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cross-talks of glycosylphosphatidylinositol biosynthesis with glycosphingolipid biosynthesis and ER-associated degradation (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Yicheng、Maeda Yusuke、Liu Yi-Shi、Takada Yoko、Ninomiya Akinori、Hirata Tetsuya、Fujita Morihisa、Murakami Yoshiko、Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 860-860
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14678-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complement and inflammasome overactivation mediates paroxysmal nocturnal hemoglobinuria with autoinflammation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hochsmann B, Murakami Y, Osato M, Knaus A, Kawamoto M, Inoue N, Hirata T, Murata S, Anliker M, Eggermann T, Jager M, Floettmann R, Hollein A, Murase S, Ueda Y, Nishimura JI, Kanakura Y, Kohara N, Schrezenmeier H, Krawitz PM, Kinoshita T.
  • 雑誌名: The Journal of Clinical Investigation 巻: 129 号: 12 ページ: 5123-5136
  • DOI: 10.1172/jci123501
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mutations in PIGB Cause an Inherited GPI Biosynthesis Defect with an Axonal Neuropathy and Metabolic Abnormality in Severe Cases (2019)
  • 著者名/発表者名: Murakami Yoshiko, et al., Matsumoto Naomichi, et al., Campeau Philippe M.
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 105 号: 2 ページ: 384-394
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.05.019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mutations in PIGU Impair the Function of the GPI Transamidase Complex, Causing Severe Intellectual Disability, Epilepsy, and Brain Anomalies (2019)
  • 著者名/発表者名: Knaus Alexej、Kort?m Fanny、Kleefstra Tjitske、Stray-Pedersen Asbj?rg、?uki? Dejan、Murakami Yoshiko、Gerstner Thorsten、van Bokhoven Hans、Iqbal Zafar、Horn Denise、Kinoshita Taroh、Hempel Maja、Krawitz Peter M.
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 105 号: 2 ページ: 395-402
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.06.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Free, unlinked glycosylphosphatidylinositols on mammalian cell surfaces revisited (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Yicheng、Hirata Tetsuya、Maeda Yusuke、Murakami Yoshiko、Fujita Morihisa、Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 13 ページ: 5038-5049
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.007472
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Congenital Defects in the Expression of the Glycosylphosphatidylinositol-Anchored Complement Regulatory Proteins CD59 and Decay-Accelerating Factor (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Seminars in Hematology 巻: 55 号: 3 ページ: 136-140
  • DOI: 10.1053/j.seminhematol.2018.04.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a Golgi GPI-N-acetylgalactosamine transferase with tandem transmembrane regions in the catalytic domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirata Tetsuya、Mishra Sushil K.、Nakamura Shota、Saito Kazunobu、Motooka Daisuke、Takada Yoko、Kanzawa Noriyuki、Murakami Yoshiko、Maeda Yusuke、Fujita Morihisa、Yamaguchi Yoshiki、Kinoshita Taroh
  • 雑誌名: Nature Coomunications 巻: 9 号: 1 ページ: 405-405
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02799-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] GPIアンカー欠損症の分子病態 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下タロウ
  • 学会等名: 名城大学難治疾患研究センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 小胞体におけるGPI生合成の制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下タロウ
  • 学会等名: 大阪大学タンパク研セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular pathogenesis of GPI anchor deficiencies (2020)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: Mexican Society of Human Genetics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cross-talk of glycosylphosphatidylinositol biosynthesis with glycosphingolipid biosynthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: Society for Glycobiology 2020 Virtual Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 補体とGPIアンカーに出会って (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下タロウ
  • 学会等名: 第73回日本細菌学会関西支部会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Glycosylphosphatidylinositol: glycan and phospholipid in one molecule (2020)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: RIKEN International Symposium on Glyco-lipidologue
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Basic science and potential treatment of GPI disorders (2020)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: SBP Medical Discovery Institute Rare Disease Day Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Side-chain modification of mammalian GPI-anchors (2019)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Carbohydrates
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of glycosylphosphatidylinositol biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: International Symposium on Glycoconjugates (Glyco 25)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantity control of GPI biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: 42nd Annual Meeting of The Molecular Biology Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Interactions between GPI-anchor biosynthesis and glycosphingolipid biosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Taroh Kinoshita
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Glycobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Free glycosylphosphatidylinositols sre abnormally accumulated on the cell surface of GPI-transamidase-deficient mammalian cells (2016)
  • 著者名/発表者名: 王 宜成
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2016-09-26
• [学会発表] 立体構造モデルに基づいたGPI-GalNAc 転移酵素PGAP4によるGPI側鎖合成機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田哲也
  • 学会等名: 第35回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 高知市
  • 年月日: 2016-09-02
• [備考] 大阪大学微生物病研究所・籔本難病解明寄附研究部門
  • URL: http://yabumoto.biken.osaka-u.ac.jp