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心筋細胞に毒性終末糖化産物が生成・蓄積して引き起こされる細胞障害の機序は何か?

研究課題

研究課題/領域番号 21K11607
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59040:栄養学および健康科学関連
研究機関金沢医科大学

研究代表者

高田 尊信  金沢医科大学, 総合医学研究所, 講師 (20515308)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード終末糖化産物 / 心筋細胞 / Crude AGE pattern / Diverse AGE pattern / Multiple AGE pattern / 質量分析 / 1アミノ酸残基結合型 / 2アミノ酸残基結合型 / Heat shock protein 90 / オートファジー / LC3 / 心臓線維芽細胞 / 子宮頸癌細胞 / GFP / 毒性終末糖化産物 / 膵島β細胞 / LC-3 / p62 / 生活習慣病 / 心疾患
研究開始時の研究の概要

これまでに、砂糖や果糖ブドウ糖液糖(HFCS)等の過剰摂取により、糖代謝中間体のグリセルアルデヒドと蛋白質の反応物である「毒性終末糖化産物(toxic AGEs, TAGE)」が、心筋細胞に生成・蓄積すると、オートファジー誘導蛋白質LC3-II/LC3-Iの比率が低下し、拍動低下と細胞死を引き起こすことを明らかにした。
本研究では、1)TAGEを分解するはずのオートファジー機構を、TAGEが阻害する可能性、2)TAGEを蓄積した細胞から逸脱/漏出した細胞外TAGEが、受容体を介して細胞障害を起こす可能性、3)動物実験により、HFCSの摂取による心臓・血中TAGE量の増加/心臓障害を解析する。

研究実績の概要

心筋細胞にグリセルアルデヒドを添加することにより、拍動低下と細胞死が引き起こされることをすでに報告している。これらの現象がグリセルアルデヒドの添加により引き起こされることを証明するために、カルボニルトラップ原理で、グリセルアルデヒドあるいはその誘導体と結合する性質をもつ、アミノグアニジン前処理を行い、グリセルアルデヒド添加を行っても、拍動低下と細胞死のいずれも起きないことを明らかにした。前年度において、心筋細胞に対するグリセルアルデヒド添加により、Heart shock protein (HSP) 90-betaにおいて、高分子化したHSP90-betaが観察された。Western blot解析により分子量210 kDa前後であることは明らかとなったが、その機序は不明である。しかし、試料を変性させて、Western blot解析していることから、ジスルフィド結合ではない、共有結合によりHSP90-betaが、ホモ二量体あるいは他のタンパク質と架橋構造をもった可能性が高い。この架橋構造は、グリセルアルデヒド誘導体に由来する低分子化合物により形成された可能性は高い。2023年度当初は、この解析を質量分析を中心に行う予定であった。しかし、研究代表者は、グリセルアルデヒドに由来するAGEsへの研究アプローチを大きく変えた。1種の糖代謝副産物(例:グリセルアルデヒド)から多種多様なAGEsが生成しうる点、糖代謝副産物とタンパク質の修飾の組み合わせの複雑さを、Crude AGE pattern、Type 1 Diverse AGE pattern、 Type 2 AGE pattern、Type 1 Multiple AGE pattern、Type 2 Multiple AGE patternとして分類し、これに基づいて、改めて質量分析を用いた解析のための、準備を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

従来の着想では、心筋細胞にグリセルアルデヒドを添加したときに、Toxci AGEsと命名されたAGEs(TAGE。構造は、2024年4月現在でも不明)が生成する点にのみ着目し、心筋細胞に生じる現象とTAGEの生成にちての相関にみから、現象を解釈しようとしていた。しかしながら、実際には、膵管上皮細胞を用いた実験によって、グリセアルアルデヒドからは、少なくとも「TAGEではないAGEs」が3種類(MG-H1, GPAP, Argpyrimidihe)も生成することが証明されており(Lakmini Senavirathna et al. Cells 10(5):1005, 2021)、自らの研究計画に修正が必要であると考えた。研究代表者は、TAGEが「2アミノ酸残基結合型」の構造をしていると推測していた。
しかし、仮にTAGEがHSP90-betaに修飾していたとしても、その修飾が「分子間結合」のみであるとは考え難く、むしろ「分子内結合」と同時に進行している可能性が高い。また、HSP90-betaを含め、特定のタンパク質に対してTAGEのみが修飾するということは考えにくく、むしろ、他の種類のAGEsの結合が起こりえるなかで、多種多様なAGEs構造が胸像している可能性が高い(Takanobu Takata et al. Metabolites 14(1): 3, 2024)。
この着想のもと、次年度は、TAGEの生成量あるいは特定のTAGE以外のAGEs修飾の可能性を抗体や質量分析により解析する。
すでにグリセルアルデヒドから生成することが証明されたMG-H1、GLAP、Argpyrimidineは「1アミノ酸残基結合型」であるので、分子間あるいは分子内結合には寄与しないが、分子内結合をしている可能性を、次年度において、抗体および質量分析を用いて、証明する。

今後の研究の推進方策

(1)質量分析により、HSP90-betaに結合した「1アミノ酸残基結合型」のAGEsの種類(例:MG-H1, CEL, Argpyrimidineなど)を同定する。AGEs修飾を受けたペプチドを解析することにより、研究代表者が令和5年度において論文発表した、「AGEsの修飾パターンの分類方法(Crude AGE pattern, Type 1 AGE pattern, Type 2 AGE pattern, Type 1 Multiple AGE pattern)」に基づき、心筋細胞内の拍動や細胞死に関連するタンパク質に、様々なAGEs修飾に生じていることを証明する。(2)架橋構造部位を同定するため、アブカムの抗HSP90抗体と抗HSP90-beta抗体の結合部位を調査し、その情報をもとに、当該アミノ酸配列に標的をしぼって、現在、知られている「2アミノ酸残基結合型」のAGEsの構造を、質量分析解析ソフトのデータベースに入力した上で、質量分析を行う。これにより、実際に架橋を形成しているAGEsを同定する。これにより、研究代表者が提唱したType 2 Multiple patternの存在を証明する。
(3)心筋細胞内に様々な種類のAGEsが生成・蓄積する現象が、オートファジー阻害と関連があることを証明するために、LC3の制御に関わるAtg7とBeclin-1の発現をタンパク質レベルで解析する。これにより、現在、グリセルアルデヒド添加した心筋細胞で観測されるLC3の減少が、「オートファジー過剰亢進」の結果生じたものではなく、「オートファジー阻害」によるものであることの証明とする。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (8件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Analysis of Crude, Diverse, and Multiple Advanced Glycation End-Product Patterns May Be Important and Beneficial2024

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Takata, Togen Masauji, Yoshiharu Motoo
    • 雑誌名

      Metabolites

      巻: 14 号: 1 ページ: 3-3

    • DOI

      10.3390/metabo14010003

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Is the Novel Slot Blot a Useful Method for Quantification of Intracellular Advanced Glycation End-Products?2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Takata
    • 雑誌名

      Metabolites

      巻: 13 号: 4 ページ: 564-564

    • DOI

      10.3390/metabo13040564

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Novel In Vitro Assay of the Effects of Kampo Medicines against Intra/Extracellular Advanced Glycation End-Products in Oral, Esophageal, and Gastric Epithelial Cells2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Takata, Yoshiharu Motoo
    • 雑誌名

      Metabolites

      巻: 13 号: 7 ページ: 878-878

    • DOI

      10.3390/metabo13070878

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Potential of the Novel Slot Blot Method with a PVDF Membrane for Protein Identification and Quantification in Kampo Medicines2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Takata, Togen Masauji, Yoshiharu Motoo
    • 雑誌名

      Membranes (Basel)

      巻: 13 号: 12 ページ: 896-896

    • DOI

      10.3390/membranes13120896

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intracellular Toxic Advanced Glycation End-Products May Induce Cell Death and Suppress Cardiac Fibroblasts2022

    • 著者名/発表者名
      Takata Takanobu、Sakasai-Sakai Akiko、Takeuchi Masayoshi
    • 雑誌名

      Metabolites

      巻: 12 号: 7 ページ: 615-615

    • DOI

      10.3390/metabo12070615

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of Toxic AGEs (TAGE) on Human Health2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Masayoshi、Sakasai-Sakai Akiko、Takata Takanobu、Takino Jun-ichi、Koriyama Yoshiki
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 11 号: 14 ページ: 2178-2178

    • DOI

      10.3390/cells11142178

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Association between Accumulation of Toxic Advanced Glycation End-Products and Cytotoxic Effect in MC3T3-E1 Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Sakasai-Sakai Akiko、Takata Takanobu、Takeuchi Masayoshi
    • 雑誌名

      Nutrients

      巻: 14 号: 5 ページ: 990-990

    • DOI

      10.3390/nu14050990

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intracellular Toxic Advanced Glycation End-Products in 1.4E7 Cell Line Induce Death with Reduction of Microtubule-Associated Protein 1 Light Chain 3 and p622022

    • 著者名/発表者名
      Takata Takanobu、Sakasai-Sakai Akiko、Takeuchi Masayoshi
    • 雑誌名

      Nutrients

      巻: 14 号: 2 ページ: 332-332

    • DOI

      10.3390/nu14020332

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Accumulation of Toxic Advanced Glycation End-Products Induces Cytotoxicity and Inflammation in Hepatocyte-Like Cells Differentiated from Human Induced Pluripotent Stem Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Chigusa、Sakasai-Sakai Akiko、Okimura Risa、Tanaka Hinako、Takata Takanobu、Takeuchi Masayoshi、Matsunaga Tamihide
    • 雑誌名

      Biological & Pharmaceutical Bulletin

      巻: 44 号: 10 ページ: 1399-1402

    • DOI

      10.1248/bpb.b21-00520

    • NAID

      130008095843

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • 年月日
      2021-10-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comprehensive analysis of protein-expression changes specific to immunoglobulin G4-related disease2021

    • 著者名/発表者名
      Kawanami Takafumi、Kawanami-Iwao Haruka、Takata Takanobu、Ishigaki Yasuhito、Tomosugi Naohisa、Takegami Tsutomu、Yanagisawa Hiroto、Fujimoto Shino、Sakai Tomoyuki、Fujita Yoshimasa、Yamada Kazunori、Mizuta Shuichi、Kawabata Hiroshi、Fukushima Toshihiro、Hirose Yuko、Masaki Yasufumi
    • 雑誌名

      Clinica Chimica Acta

      巻: 523 ページ: 45-57

    • DOI

      10.1016/j.cca.2021.08.025

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 心筋細胞の拍動低下および細胞死に関与するHeat Shock Protein 90 betaの糖化~グリセルアルデヒド誘導体化HSP90 betaの生成2023

    • 著者名/発表者名
      高田尊信
    • 学会等名
      第23回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞内グリセルアルデヒド誘導体化HSP90は、心筋細胞障害を引き起こすか?2023

    • 著者名/発表者名
      高田尊信
    • 学会等名
      第71回日本心臓病学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 毒性終末糖化産物(TAGE)が引き起こす心筋細胞および心臓線維芽細胞障害2022

    • 著者名/発表者名
      高田尊信、逆井(坂井)亜紀子、竹内正義
    • 学会等名
      第70回日本心臓病学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒトの健康に対するToxic AGEs (TAGE) の影響2022

    • 著者名/発表者名
      竹内正義、逆井(坂井)亜紀子、高田尊信、郡山恵樹、古川絢子、滝野純一、長嶺憲太郎、堀隆光、菊池千草、堀英生、岩尾岳洋、松永民秀
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 生活習慣病における新たな概念Toxc AGEs(TAGE)2022

    • 著者名/発表者名
      竹内正義、逆井(坂井)亜紀子、高田尊信、瀧野純一、郡山恵樹、古川絢子、那須隆斗、菊池千草、長嶺憲太郎、堀隆光、松永民秀
    • 学会等名
      日本薬学会第142年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Accumulation of toxic advanced glycation end-products induces cell death and inhibits osteoblastic diffrentiation in MC3T3-E1 cells2021

    • 著者名/発表者名
      逆井(坂井)亜紀子、高田尊信、竹内正義
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 肝実質細胞内における毒性AGEs(TAGE)蓄積が酸化ストレスに及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      逆井(坂井)亜紀子、高田尊信、瀧野純一、竹内正義
    • 学会等名
      第7回肝臓と糖尿病・代謝研究学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 生活習慣病の発症・進展予防における新規概念Toxic AGEs(TAGE)と食事療法2021

    • 著者名/発表者名
      高田尊信、逆井(坂井)亜紀子、瀧野純一、竹内正義
    • 学会等名
      第64回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 金沢医科大学総合医学研究所遺伝子機能研究分野

    • URL

      https://www.kanazawa-med.ac.jp/laboratories/mri-cellular-biology.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 金沢医科大学総合医学研究所 高田尊信

    • URL

      http://nkrims.kanazawa-med.ac.jp/profile/ja.aec128bc370cac94bc00dc5b96c96d94.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] Researchmap 高田尊信

    • URL

      https://researchmap.jp/read0139363

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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