細胞膜内層のスフィンゴミエリンの解析-フリッパーゼの同定と生理的意義の解明-

• 研究課題/領域番号: 18K06677
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47030:薬系衛生および生物化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 阿部 充宏 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (90415068)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: スフィンゴ脂質 / 脂質ラフト / スフィンゴミエリン / フリップ / フリッパーゼ / 細胞膜 / PMP2 / PI(4,5)P2 / フリップフロップ / シャルコー・マリー・トゥース病 / PMP2/FABP8 / 超解像顕微鏡 / CRISPR/Cas9 / ノックダウン / 脂質

研究成果の概要

遺伝学的なスクリーニングにより，スフィンゴミエリン (SM) のflipに関わる候補遺伝子として，PMP2を同定した。PMP2遺伝子のノックアウト細胞では，蛍光ラベルしたNBD-SMのflipがcontrolに比べて起こりにくくなっていた。PMP2を過剰に発現させた細胞では，SMはcontrolに比べて細胞膜外層で減少し，内層で増加していた。NBD-SMを添加した人工膜に，リコンビナントのPMP2タンパク質を反応させたところ，NBD-SMが人工膜の片方の層からもう一方の層へflipされていた。以上の結果から，PMP2はSMを細胞膜外層から内層へflipさせる活性を持つことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

グリセロ脂質に関しては，P4-ATPaseファミリーに属するflippaseによって，細胞膜における非対称性が生み出される。グリセロ脂質の非対称性は，アポトーシス，細胞膜の曲率変化，小胞輸送，細胞膜極性にとって重要な働きを担っていること報告されている。一方，SMを含めスフィンゴ脂質に関しては，非対称性を生み出す分子機構，およびその生理的意義はほとんどわかっていなかった。今回見出したPMP2によるSMのflipは，スフィンゴ脂質のflipの初めての例である。今後，SMの非対称性を変えた変異細胞を用いて，ウイルス感染や末梢神経疾患に対する薬剤の開発など，応用が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS/Faculte de Pharmacie/Universite de Strasbourg(フランス)
• [雑誌論文] 可視化することでわかってきた細胞膜のスフィンゴミエリンの動態と分布 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部 充宏
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 5 ページ: 735-738
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940735
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-10-25
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Sphingomyelin localization in the intestinal crypt surface (2022)
  • 著者名/発表者名: Ueda Yoshibumi、Abe Mitsuhiro、Ishiwata Toshiyuki、Ozawa Takeaki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 611 ページ: 14-18
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.03.128
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PMP2/FABP8 induces PI(4,5)P2-dependent transbilayer reorganization of sphingomyelin in the plasma membrane (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Mitsuhiro、Makino Asami、Murate Motohide、Hullin-Matsuda Francoise、Yanagawa Masataka、Sako Yasushi、Kobayashi Toshihide
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 6 ページ: 109935-109935
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109935
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Analysis of Single-Molecule Dynamics of TRPV1 and TRPV4 Channels in Living Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuwashima Yutaro、Yanagawa Masataka、Abe Mitsuhiro、Hiroshima Michio、Ueda Masahiro、Arita Makoto、Sako Yasushi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 16 ページ: 8473-8473
  • DOI: 10.3390/ijms22168473
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA‐Based Synthetic Growth Factor Surrogates with Fine‐Tuned Agonism** (2021)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Momoko、Ueki Ryosuke、Yanagawa Masataka、Abe Mitsuhiro、Hiroshima Michio、Sako Yasushi、Sando Shinsuke
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 42 ページ: 22745-22752
  • DOI: 10.1002/anie.202105314
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Imaging cholesterol depletion at the plasma membrane by methyl-β-cyclodextrin (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Mitsuhiro、Kobayashi Toshihide
  • 雑誌名: Journal of Lipid Research 巻: 100077 ページ: 100077-100077
  • DOI: 10.1016/j.jlr.2021.100077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging Sphingomyelin- and Cholesterol-Enriched Domains in the Plasma Membrane Using a Novel Probe and Super-Resolution Microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Mitsuhiro、Kobayashi Toshihide
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 1310 ページ: 81-90
  • DOI: 10.1007/978-981-33-6064-8_4
  • ISBN: 9789813360631, 9789813360648
  • 国際共著
• [雑誌論文] Resolvin E3 attenuates allergic airway inflammation via the interleukin-23-interleukin-17A pathway (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Aoki-Saito H, Fukuda H, Ikeda H, Koga Y, Yatomi M, Tsurumaki H, Maeno T, Saito T, Nakakura T, Mori T, Yanagawa M, Abe M, Sako Y, Dobashi K, Ishizuka T, Yamada M, Shuto S, Hisada T.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 33 号: 11 ページ: 12750
  • DOI: 10.1096/fj.201900283r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein?coupled receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa Masataka、Hiroshima Michio、Togashi Yuichi、Abe Mitsuhiro、Yamashita Takahiro、Shichida Yoshinori、Murata Masayuki、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 11 号: 548 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1126/scisignal.aao1917
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞膜におけるスフィンゴミエリンの分布を規定している因子 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部充宏
  • 学会等名: 第15回セラミド研究会学術集会・ 第16回スフィンゴテラピィ研究会 合同年会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜スフィンゴミエリンの脂質二重層内移動に関わる因子の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部充宏
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 細胞膜スフィンゴミエリンの脂質二重層内移動に関わる因子の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部充宏
  • 学会等名: 第91回日本寄生虫学会大会
• [学会発表] 細胞膜スフィンゴミエリンの脂質二重層内移動に関わる因子の同定と機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 阿部充宏
  • 学会等名: スフィンゴテラピィ研究会
• [備考] 理研プレスリリース
  • URL: https://www.riken.jp/press/2021/20211110_1/index.html
• [備考] プレスリリース（研究成果）2018
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180919_1/