sPLA2の足場としての細胞外小胞とその生理的意義の解明

• 研究課題/領域番号: 22K06577
• 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: 徳島大学 (2023); 東京大学 (2022)
• 研究代表者: 三木 寿美 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 特任研究員 (00632499)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 脂質 / ホスホリパーゼA2 / 細胞外小胞 / マクロファージ / 脂質メディエーター / がん / miRNA / エクソソーム

研究開始時の研究の概要

エクソソームなどの細胞外小胞(EV)は、生体膜の主な構成成分であるリン脂質からなる膜構造中にタンパク質やマイクロRNAを含有しており、それらを他の細胞に運搬することで様々な生命応答に関わるとされ、がんではEVを介した細胞間相互作用によってがん細胞の増殖や転移が制御されている。分泌性ホスホリパーゼA2(sPLA2)はリン脂質を分解する細胞外酵素であり、脂質メディエーターを動員してがんを制御するが、sPLA2が細胞外のどのようなリン脂質膜に作用するかは未解明だった。本研究ではsPLA2によるEVの膜修飾のがん病態における生理的意義を解明し、EV修飾因子としてのsPLA2の新しい概念の確立を目指す。

研究実績の概要

細胞外小胞(EV)は、リン脂質二重膜にタンパク質やmiRNAを内包する構造体であり、がん細胞から周辺の、あるいは遠隔の細胞へと輸送されることで、がんの増殖や転移に有利な組織微小環境をもたらすことが知られているが、EVの脂質成分の影響については長らく不明だった。これまでに研究代表者は、生体膜リン脂質を加水分解する酵素であるsPLA2が脂質メディエーターを動員してがんの制御に関わることを報告しており、最近、sPLA2がEV膜リン脂質を分解してがん細胞から分泌されるEVの性質を変えることでがん病態の制御に関わるという予備知見を得た。本研究は、脂質メディエーターの供給源および運搬装置としてのEVの新たな機能に着目し、EV修飾因子としてのsPLA2の概念の確立を目指している。
本年度は、sPLA2-X処理したリンパ腫由来のEVが小型化・凝集するという前年度までに見出した知見を発展させ、新たに別の細胞由来のEVをsPLA2処理した際の性状解析を進めた。その結果、ある種の上皮系細胞由来のEVにsPLA2を作用させるとEVの粒子径が小さくなると共に、凝集塊と思われる巨大な粒子径のEV数が増加することが分かった。また、このEVのレシピエント細胞への取り込み量を測定すると、未処理のEVと同様にレシピエント細胞への取り込みが確認された。さらに、sPLA2処理したEVにおける細胞内取り込み関連輸送体などの発現が未処理のEVにおける発現レベルとは異なっていたことから、sPLA2処理したEVは細胞内取り込み関連因子の細胞表面分布を直接的あるいは間接的に制御している可能性が示唆された。これらの発見は、本課題で提唱する「EVが脂質メディエーターを能動的に運ぶ運搬体として機能する可能性」を支持する結果である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題は主に2つのテーマ「EV脂質のsPLA2による分解」および「sPLA2によりEVから産生された脂質メディエーターの機能解析」に着目して研究を進めている。前年度までに後者のテーマについては一定の成果を上げられたため、本年度は前者のテーマについて積極性に研究を実施した結果、実績に示した通りの成果が得られたことから、現在までの進捗状況は全体としておおむね順調に進展していると判断できる。
ただし、前者のテーマの内容に含まれる「EVに作用し得るsPLA2分子種の絞り込み」がまだ完了していないことから、先ずこの点を重点的に進める必要がある。また、本年度までの解析成果から、sPLA2は、EVから脂質メディエーターを産生させる機能よりもむしろEVの性状を変化させる機能の方が生理機能に対する影響が大きい可能性が示唆されている。今後は、これらの点に着目したin vivoおよびin vitroでの実験を行う方針であり、当初の計画に沿って研究を進められる見込みである。

今後の研究の推進方策

今後は、以下の項目を重点的に推進する。
[1] 起源の異なるEVに対する各種sPLA2の作用の体系化をさらに進めるとともに、異なるEVで共通して見られる脂質あるいは疾患別のEVの個性を特徴づける脂質の同定を推進する。
[2] 上記[1]で同定したsPLA2処理したEV に特徴的なリゾリン脂質などの脂質成分をsPLA2未処理のEVに加えて脂質組成を改変したEVを作成し、sPLA2処理したEVと同様の形態変化を示すか粒度測定計などを用いて検討する。
[3] sPLA2処理前/後のEVおよび上記改変EVをレシピエント細胞取り込ませ、miRNAの標的遺伝子発現の定量PCRを行うことで、レシピエント細胞へのEVの取り込み効率の変化や標的遺伝子の発現への影響を精査する。
[4] sPLA2の欠損マウスやノックダウン/ノックアウト細胞を用いた表現型を解析することで、内在的に発現しているsPLA2のEV機能への寄与を評価し、sPLA2処理EVを投与することによりsPLA2欠損で見られる表現型がレスキューされるか検討する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Pittsburgh(米国)
• [国際共同研究] University of Chicago/University of Illinois at Chicago(米国)
• [雑誌論文] Group III secreted phospholipase A2-driven lysophospholipid pathway protects against allergic asthma (2024)
  • 著者名/発表者名: Asako Hamu-Tanoue, Koichi Takagi, Yoshitaka Taketomi, Yoshimi Miki, Yasumasa Nishito, Kuniyuki Kano, Junken Aoki, Takahiro Matsuyama, Kiyotaka Kondo, Yoichi Dotake, Hiromi Matsuyama, Kentaro Machida, Makoto Murakami, Hiromasa Inoue
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 38 号: 2
  • DOI: 10.1096/fj.202301976r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Macrophage SREBP1 regulates skeletal muscle regeneration (2024)
  • 著者名/発表者名: Oishi Yumiko、Koike Hiroyuki、Kumagami Naoki、Nakagawa Yoshimi、Araki Masaya、Taketomi Yoshitaka、Miki Yoshimi、Matsuda Shigeru、Kim Hyeree、Matsuzaka Takashi、Ozawa Hitoshi、Shimano Hitoshi、Murakami Makoto、Manabe Ichiro
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 14 ページ: 1251784-1251784
  • DOI: 10.3389/fimmu.2023.1251784
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lysophospholipase D from Thermocrispum limits psoriatic inflammation by hydrolyzing epidermal lysoplasmalogen produced by group IIF secreted phospholipase A2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Haruka Hakoi, Yoshimi Miki, Saki Nomura, Kimiko Nakajima, Chiaki Terashima-Murase, Takuya Takeichi, Shigetoshi Sano, Masashi Akiyama, Shin-ichi Sakasegawa, Makoto Murakami, Kei Yamamoto
  • 雑誌名: Biochimie 巻: 215 ページ: 75-87
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2023.09.027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PLA2G2E-mediated lipid metabolism triggers brain-autonomous neural repair after ischemic stroke (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Akari、Sakai Seiichiro、Taketomi Yoshitaka、Tsuyama Jun、Miki Yoshimi、Hara Yuichiro、Arai Nobutaka、Sugiura Yuki、Kawaji Hideya、Murakami Makoto、Shichita Takashi
  • 雑誌名: Neuron 巻: 111 号: 19 ページ: 2995-3010.e9
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2023.06.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PLAAT1 deficiency alleviates high‐fat diet‐induced hepatic lipid accumulation in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: S.M.Khaledur Rahman, Sumire Sasaki, Toru Uyama, Zahir Hussain, Mohammad Mamun Sikder, Hiroyuki Saiga, Mari Ohmura-Hoshino, Ken-ichi Ohta, Yoshimi Miki, Katsuaki Hoshino, Masaki Ueno, Makoto Murakami, Natsuo Ueda
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 37 号: 7
  • DOI: 10.1096/fj.202201033r
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organism-Wide Analysis of Sepsis Reveals Mechanisms of Systemic Inflammation (2023)
  • 著者名/発表者名: Plaster M, Richey G, Pandey S, Cheronis K, Ueda T, Gruenbaum A, Dudek SM, Stephens M, Murakami M, Chevrier N.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 2023.01.30 ページ: 526342-526342
  • DOI: 10.1101/2023.01.30.526342
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hepatic phosphatidylcholine catabolism driven by PNPLA7 and PNPLA8 supplies endogenous choline to replenish the methionine cycle with methyl groups (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi T, Kawaguchi M, Harada S, Mouri M, Takamiya R, Miki Y, Sato H, Taketomi Y, Yokoyama K, Kobayashi T, Tokuoka SM, Kita Y, Yoda E, Hara S, Mikami K, Nishito Y, Kikuchi N, Nakata R, Kaneko M, Kiyonari H, Kasahara K, Aiba T, Ikeda K, Soga T, Kurano M, Yatomi Y, Murakami M
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 42 号: 2 ページ: 111940-111940
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111940
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Malabaricone C derived from nutmeg inhibits arachidonate 5-lipoxygenase activity and ameliorates psoriasis-like skin inflammation in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsukayama Izumi、Kawakami Yuki、Tamenobu Asako、Toda Keisuke、Maruoka Saya、Nagasaki Yuki、Mori Yoshiko、Sawazumi Risa、Okamoto Kensuke、Kanzaki Keita、Ito Hideyuki、Takahashi Yoshitaka、Miki Yoshimi、Yamamoto Kei、Murakami Makoto、Suzuki-Yamamoto Toshiko
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 193 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2022.09.028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lipid profiling reveals the presence of unique lipid mediators in human milk from healthy and mastitic subjects (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki Yuki、Kawai Erika、Maruoka Saya、Osumi Miho、Tsukayama Izumi、Kawakami Yuki、Takahashi Yoshitaka、Okazaki Yuka、Miki Yoshimi、Taketomi Yoshitaka、Yamamoto Kei、Murakami Makoto、Suzuki-Yamamoto Toshiko
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 630 ページ: 84-91
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.09.051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Segregated functions of two cytosolic phospholipase A2 isoforms (cPLA2α and cPLA2ε) in lipid mediator generation (2022)
  • 著者名/発表者名: Murakami M, Takamiya R, Miki Y, Sugimoto N, Nagasaki Y, Suzuki-Yamamoto T, Taketomi Y.
  • 雑誌名: Biochemical Pharmacology 巻: 203 ページ: 115176-115176
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2022.115176
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Group IVE cytosolic phospholipase A2 limits psoriatic inflammation by mobilizing the anti‐inflammatory lipid N‐acylethanolamine. (2022)
  • 著者名/発表者名: Liang Luyiyun、Takamiya Rina、Miki Yoshimi、Heike Kanako、Taketomi Yoshitaka、Sugimoto Nao、Yamaguchi Midori、Shitara Hiroshi、Nishito Yasumasa、Kobayashi Tetsuyuki、Hirabayashi Tetsuya、Murakami Makoto
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 36 号: 5
  • DOI: 10.1096/fj.202101958r
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Old but New: Group IIA Phospholipase A2 as a Modulator of Gut Microbiota (2022)
  • 著者名/発表者名: Taketomi Y, Miki Y, Murakami M.
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 12 号: 4 ページ: 352-352
  • DOI: 10.3390/metabo12040352
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 分泌性ホスホリパーゼA2特異的阻害剤の創生を目指した酵素活性測定法の構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本常広将, 三木寿美, 鬼塚正義, 山本圭
  • 学会等名: 第5回脂質駆動学術産業創生研究部会講演会
• [学会発表] 放線菌由来リゾホスホリパーゼDはsPLA2-IIFが産生するリゾプラスマローゲンP-LPEを分解して乾癬を抑制する (2023)
  • 著者名/発表者名: 三木寿美, 野村咲希, 村上誠, 山本圭
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] 脂質ナノ粒子を用いた機能性リゾリン脂質デリバリーシステムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 玉井明日香, 三木寿美, 山本圭
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] GPR68欠損は真皮の恒常性に影響する (2023)
  • 著者名/発表者名: 野村咲希, 箱井春香, 三木寿美, 山本圭
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] 細胞質型ホスホリパーゼcPLA2εは皮膚の創傷治癒を促進する脂質を動員する (2023)
  • 著者名/発表者名: 長崎祐樹, 武富芳隆, 三木寿美, 安川賢, 佐伯和子, 横溝岳彦, 山本登志子, 村上誠
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] Phospholipase A and acyltransferase 1(PLAAT1)欠損は高脂肪食誘導性の肥満と脂肪肝を緩和する (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐々木すみれ, Rahman S.M. Khaledur, 宇山徹, Hussain Zahir, Sikder Mohammad Mamun, 財賀大行, 太田健一, 三木寿美, 星野克明, 上野正樹, 村上誠, 上田夏生
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] PLAAT5は精巣で脂質メディエーターN-アシルエタノールアミンを生成するN-アシル転移酵素である (2023)
  • 著者名/発表者名: 宇山徹, 佐々木すみれ, Sikder Mohammad Mamun, 太田健一, 星野克明, 三木寿美, 村上誠, 上田夏生
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] Malabaricone C derived from nutmeg inhibits arachidonate 5-lipoxygenase activity ameliorating murine psoriasis-like skin inflammation and OVA-induced allergic airway inflammation (2023)
  • 著者名/発表者名: Toshiko Suzuki-Yamamoto, Izumi Tsukayama, Yuki Kawakami, Asako Tamenobu, Keisuke Toda, Saya Maruoka, Hideyuki Ito, Yoshitaka Takahashi, Yoshimi Miki, Makoto Murakami
  • 学会等名: 63rd International Congress on the Bioscience of Lipids 2023
  • 国際学会
• [学会発表] ナツメグ由来malabaricone Cによる5-リポキシゲナーゼ活性阻害と乾癬改善効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 津嘉山泉, 川上祐生, 爲延麻子, 戸田圭祐, 丸岡紗也, 長崎祐樹, 高橋吉孝, 三木寿美, 村上誠, 山本登志子
  • 学会等名: 第65回日本脂質生化学会
• [学会発表] Loss of MPAN-related C19orf12 alters lipid metabolism and autophagy-lysosome pathway in Drosophila (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenta Shiina, Akio Mori, Yoshimi Miki, Makoto Murakami, Noriko Ueno, Yoshiki Miura, Taku Hatano, Yuzuru Imai, Nobutaka Hattori
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] 乳汁のリピドミクス解析と乳腺発達における生理活性脂質合成系酵素の発現動態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸岡 紗也, 長崎 祐樹, 大角 美穂, 津嘉山 泉, 三木 寿美, 山本 圭, 村上 誠, 山本 登志子
  • 学会等名: 日本農芸化学2022年度大会
• [学会発表] Comparative profile of free fatty acids and the metabolites between different species and search for the critical enzymes to the lipid composition (2022)
  • 著者名/発表者名: Saya Maruoka, Yuki Nagasaki, Erika Kawai, Miho Oosumi, Izumi Tsukayama, Yoshimi Miki, Makoto Murakami, Kei Yamamoto, Toshiko Suzuki-Yamamoto
  • 学会等名: 22nd IUNS-ICN International Congress of Nutrition
  • 国際学会
• [学会発表] 乾癬時増加する生理活性脂質(NAE)の産生機構と乾癬炎症抑制効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高宮 里奈, 三木 寿美, 梁 陸伊韻, 村上 誠
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] 細胞質型ホスホリパーゼcPLA2ζは皮膚の適応修復に関わる (2022)
  • 著者名/発表者名: 長崎 祐樹, 武富 芳隆, 三木 寿美, 安川 賢, 佐伯 和子, 横溝 岳彦, 山本 登志子, 村上 誠
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] sPLA2-Xは腸内細菌叢の調節を介してメタボリックシンドロームを制御する (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 弘泰, 武富 芳隆, 村瀬 礼美, 三木 寿美, 原 俊太郎, 細見 晃司, 朴 鐘旭, 水口 賢司, 國澤 純, 村上 誠
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] sPLA2による修飾による細胞外小胞の新機能とリンパ腫発生における意義 (2022)
  • 著者名/発表者名: 幸谷 愛, 工藤 海, 三木 寿美, 村上 誠
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] 肝細胞由来細胞外小胞はリゾリン脂質を介して炎症収束を誘導する (2022)
  • 著者名/発表者名: 中山 駿矢, 中本 泰, 紙屋 光佑, 三木 寿美, 白石 良樹, 伊藤 洋子, 浅野 浩一郎, 村上 誠, 幸谷 愛
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] EBV陽性リンパ腫における細胞外小胞脂質の修飾を介した新規発がん機序の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 工藤 海, 三木 寿美, 村上 誠, 幸谷 愛
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] 表皮分泌性ホスホリパーゼA2代謝経路は創傷治癒を改善する (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷口 晴菜, 重永 章, 福田 朱里, 犬伏 穂南, 天野 智仁, 箱井 春香, 三木 寿美, 村上 誠, 山本 圭
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] Lipid profiling reveals the presence of unique lipid mediators in human milk from healthy and mastitic subjects (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagasaki, Erika Kawai, Saya Marukoka, Miho Osumi, Izumi Tsukayama, Yuka Okazaki, Yoshimi Miki, Kei Yamamoto, Makoto Murakami, Toshiko Suzuki-Yamamoto
  • 学会等名: 17th International Conference on Bioactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Inhibition of arachidonate 5-lipoxygenase and amelioration of psoriasis-like skin symptoms by malabaricone C derived from nutmeg (2022)
  • 著者名/発表者名: Izumi Tsukayama, Yuki Kawakami, Asako Tamenobu, Saya Maruoka, Yoshimi Miki, Makoto Murakami, Toshiko Suzuki-Yamamoto
  • 学会等名: 17th International Conference on Bioactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Loss of MPAN-associated C19orf12 causes alteration of lipid metabolism and autophagosome-lysosome trafficking in Drosophila (2022)
  • 著者名/発表者名: Miura， Taku Hatano， Yuzuru Imai， Nobutaka Hattori
  • 学会等名: 8th International Symposium on NBIA(Neurodegeneration with Brain Iron Accumulation)
  • 国際学会
• [学会発表] sPLA2-IIF の二次産物であるアセタール型リゾプラズマローゲンは創傷治癒を改善する (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田 朱里, 重永 章, 谷口 晴菜, 犬伏 穂南, 天野 智仁, 三木 寿美, 村上 誠, 山本 圭
  • 学会等名: 第64回日本脂質生化学会
• [学会発表] PLAAT1 Deficiency Alleviates High Fat Diet-Induced Hepatic Lipid Accumulation in Mice (2022)
  • 著者名/発表者名: S.M. Khaledur Rahman, Toru Uyama, Zahir Hussain, Mohammad Mamun Sikder, Hiroyuki Saiga, Kenichi Ota, Katsuaki Hoshino, Masaki Ueno, Yoshimi Miki, Makoto Murakami, Natsuo Ueda
  • 学会等名: 第68回日本生化学会中国・四国支部例会
• [備考] ホームページ: 東京大学大学院医学系研究科 疾患生命工学センター 健康環境医工学部門 (村上研)
  • URL: https://lmmhs.m.u-tokyo.ac.jp/