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: 東京大学
• 研究代表者: 三木 寿美 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 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 (2022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 / エクソソーム / miRNA / がん / マクロファージ / 脂質メディエーター

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(Extracellular vesicles; EV)は、タンパク質やmiRNAを内包するリン脂質二重膜からなる構造体で、がん細胞から周辺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であった。申請者はこれまで、生体膜リン脂質を加水分解する分泌性ホスホリパーゼA2(sPLA2)が生理活性脂質 (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きており、最近sPLA2によるEV膜リン脂質の分解ががん細胞から分泌されるEVの性質を変えてがん病態の制御に関わるという予備知見を得た。本研究では、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す。
本年度は、sPLA2-Xとリンパ腫由来のEVによるレシピエント細胞(マクロファージ)の制御するメカニズムとして、以下のことを見出した。
(1) リンパ腫由来EVをsPLA2-Xで処理した際に産生される主な脂質メディエーター(LPA、RvD2)をsPLA2未処理のEVに補充してマクロファージに作用させると、IL-10などのサイトカイン発現が亢進し、腫瘍随伴マクロファージ様の機能が増強した。
(2) 各脂質メディエーターの受容体阻害剤をマクロファージに作用させ、sPLA2処理したEVの作用を検討した結果、EVによるIL-10産生促進作用がLPA受容体阻害剤の濃度依存的に抑制された。一方、RvD2受容体阻害剤ではその効果は見られなかった。
これらの結果から、EV上で産生された脂質メディエーターは、①EVを運搬体としてレシピエント細胞に効率よく伝達されること、および、②レシピエント細胞上の受容体を介したシグナル伝達に部分的に関与することが明らかとなった。

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

本年度は大きく2つのテーマ、すなわち「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」について研究を進める計画となっている。2つのテーマの内、前者についてはまだ準備段階となっておりやや遅れている状況ではあるが、後者については前述の通り一定の成果を上げることが出来たことを踏まえると、全体としてはおおむね順調に進展していると判断できる。
遅れている側のテーマは、前出のリンパ腫におけるsPLA2-Xの作用に加えて、皮膚がんにおけるsPLA2-IID/-IIFおよび大腸がんにおけるsPLA2-IIIなど、sPLA2の寄与が想定される様々ながんからEVを回収し、当該sPLA2とin vitroで反応させた時の脂質の変動(基質としてのリン脂質の減少と産物としての脂肪酸およびリゾリン脂質の増加)をリピドミクスにより網羅的に分析することを主題としている。この解析には様々ながん細胞種を準備することが重要であり、進捗がやや遅れている原因はその準備が十分に進まなかったことが1つの要因であると思われる。解析に必要な設備や試薬は既に用意が出来ているため、上記問題点を解消すれば進捗状況は全体的により早く進められると考えられる。

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の作用を体系化するとともに、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を同定する。さらに、sPLA2により遊離された脂肪酸やリゾリン脂質がその場で脂質メディエーターに変換されることがEVの起源に寄らず普遍的であることを証明する。
[2] リゾリン脂質などの脂質メディエーターを人為的に補充したsPLA2未処理のEVがsPLA2処理したEVと同様の形態変化を示すかについて、クライオ電顕や粒度測定計を用いて検討する。
[3] sPLA2-X以外のsPLA2の処理でもEVが小型化・凝集して内包物の輸送効率が変化する可能性について、sPLA2処理前/後のEVとレシピエント細胞における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調べる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Chicago/University of Illinois at Chicago(米国)
• [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] 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/