脳におけるコンドロイチン硫酸およびヒアルロン酸の代謝分解機構の解明

• 研究領域: 統合的神経機能の制御を標的とした糖鎖の作動原理解明
• 研究課題/領域番号: 26110719
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 山田 修平 名城大学, 薬学部, 教授 (70240017)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: コンドロイチン硫酸 / ヒアルロン酸 / 脳 / 神経 / ヒアルロニダーゼ / 糖鎖

研究実績の概要

本研究では、これまでに解明されていない脳・神経系におけるコンドロイチン硫酸（CS）代謝分解機構を明らかにし、分解酵素による脳・神経系におけるCSの機能調節機構を調べようとしている。今年度は、（１）脳内におけるCSおよびヒアルロン酸（HA）分解酵素活性の検出、およびその酵素活性を担うタンパク質の同定、（２）CSおよびHA分解酵素の候補遺伝子の脳内における発現量の詳細な解析、（３）脳・神経に由来する培養細胞を用いた、CSおよびHA分解機構の解明、（４）脳・神経における主要なCSおよびHA分解酵素の性状・機能解析を目指した。（１）および（３）に関して、酵素活性の検出に成功した。それぞれからの酵素の精製を開始したが、（３）の培養細胞を用いる方が効果的に精製できると考え、（１）の脳組織からの酵素精製に関しては中断した。イオン交換クロマトグラフィーによって部分精製ができた。現在質量分析を用いたタンパク質の同定を行っている。（２）については、様々な酵素の発現解析ができ、ヒアルロニダーゼ２の高発現を観察した。ヒアルロニダーゼ２の貢献を確認するため、shRNAによるノックダウン細部株を樹立し、現在解析中である。（４）の項目については、（１）～（３）までで特定の分子の同定にまで至っていないため、解析を進めることはできなかった。また、上記以外に、CS特異的な加水分解酵素として我々が同定したHYAL4について、酵母でのHYAL4大量発現系の構築と酵素の大量調製、細胞内でのHYAL4の局在部位の解析、HYAL4の基質特異性に最も大きく貢献するアミノ酸残基の同定を行った。これらの研究成果の一部は、複数の学会で報告した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular interactions between chondroitin-dermatan sulfate and growth factors/receptors/matrix proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 巻: 34 ページ: 35-42
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2015.06.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Skeletal dysplasia in a consanguineous clan from the island of Nias/Indonesia is caused by a novel mutation in B3GAT3. (2015)
  • 著者名/発表者名: Birgit S. Budde, Shuji Mizumoto, Ryo Kogawa, Christian Becker, Janine Altmuller, Holger Thiele, Franz Ruschendorf, Mohammad R. Toliat, Gerrit Kaleschke, Johannes M. Hammerle, Wolffang Hohne, Kazuyuki Sugahara, Peter Nurnberg, Ingo Kennerknecht.
  • 雑誌名: Human Genetics 巻: in press 号: 7 ページ: 691-704
  • DOI: 10.1007/s00439-015-1549-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Receptor protein tyrosine phosphatase beta/zeta is a functional binding partner for vascular endothelial growth factor. (2015)
  • 著者名/発表者名: Marina Koutsioumpa, Evangelia Poimenidi, Evangelia Pantazaka, Christina Theodoropoulou, Angeliki Skoura, Vasileios Megalooikonomou, Nelly Kieffer, Jose Courty, Shuji Mizumoto, Kazuyuki Sugahara, and Evangelia Papadimitriou.
  • 雑誌名: Molecular Cancer 巻: 14 号: 1 ページ: 19-19
  • DOI: 10.1186/s12943-015-0287-3
  • NAID: 120005906915
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mutations in biosynthetic enzymes for the protein linker region of chondroitin/dermatan/heparan sulfate cause skeletal and skin dysplasias (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: BioMed Res. Int. 巻: 2015 ページ: 861752-861752
  • DOI: 10.1155/2015/861752
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Catabolism of Chondroitin Sulfate (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yamada
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Biology Letters 巻: 20
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Human genetic disorders and knockout mice deficient in glycosaminoglycan (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, and Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: BioMed Research International 巻: 2014 ページ: 495764-495764
  • DOI: 10.1155/2014/495764
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sulfation patterns of exogenous chondroitin sulfate affect chondrogenic differentiation of ATDC5 cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kawamura, Tadanao Funakoshi, Shuji Mizumoto, Kazuyuki Sugahara, and Norimasa Iwasaki
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Science 巻: 19 号: 6 ページ: 1028-1035
  • DOI: 10.1007/s00776-014-0643-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] コンドロイチン硫酸に特異的な加水分解酵素であるHYAL4の酵母 (Pichia pastoris) での発現および精製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴本秀太、杉田真千子、水本秀二、菅原一幸、山田修平
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] ヒアルロニダーゼ1および4におけるコンドロイチン硫酸およびヒアルロン酸の認識に関わるアミノ酸残基の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安倍優貴子、山極健太郎、岩月遥奈、水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] 脳・神経系に由来する培養細胞株を用いたコンドロイチン硫酸/ヒアルロン酸分解活性の検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井冴、山中智正、水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] Investigation of the Amino Acid Residue Responsible for Diferrent Substrate Specificity of Hyaluronidases-1 and -4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yamagiwa, Haruna Iwatsuki, Yukiko Abe, Shuji Mizumoto, and Shuhei Yamada
  • 学会等名: 9th International Conference on Proteoglycans and 10th Pan-Pacific Connective Tissue Societies Symposium
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative Analysis of the Expression of Hyaluronidases in the Mouse Brain during Development (2015)
  • 著者名/発表者名: Mayu Mitani, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada
  • 学会等名: 9th International Conference on Proteoglycans and 10th Pan-Pacific Connective Tissue Societies Symposium
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular Localization of Chondroitin Sulfate Hydrolase, Hyaluronidase-4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Yumiko Nomura, Shuji Mizumoto, and Shuhei Yamada
  • 学会等名: 9th International Conference on Proteoglycans and 10th Pan-Pacific Connective Tissue Societies Symposium
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] 発生段階の異なるマウス脳におけるヒアルロニダーゼファミリーメンバーの発現解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三谷真夕、水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第34回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-08-02
• [学会発表] 酵母（Pichia pastoris）を用いたヒアルロニダーゼ４の発現及び精製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉田真千子、柴本秀太、水本秀二、菅原一幸、山田修平
  • 学会等名: 第34回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-08-02
• [学会発表] ヒアルロニダーゼ1と4の基質認識の違いに関与するアミノ酸残基の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山極健太郎、岩月遥奈、安倍優貴子、水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第34回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-08-02
• [学会発表] サケ鼻軟骨由来のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横井友哉、松崎南美、桝谷晃明、坪井誠、菅原一幸、山田修平
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: デザインクリエイティブセンター神戸（神戸）
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] Spondyloepimetaphyseal dysplasia and Ehlers-Danlos syndrome caused by mutations of glycosaminoglycan biosynthetic enzymes, GalT-II and DS-epimerase (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Masahiro Nakajima, Thomas Muller Noriko Miyake, Ryo Kogawa, Yoshie Komatsu, Naomichi Matsumoto, Andreas R Janecke, Shiro Ikegawa, Kazuyuki Sugahara
  • 学会等名: Joint Meeting of the Society for Glycobiology and the Japanese Society of Carbohydrate Research “Integrating Glycoscience from Biology and Chemistry to Medicine”
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Expression Analysis of Hyaluronidases in the Mouse Brain during Development (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuka Oiwa, Shuji Mizumoto, Ryoji Kojima, Tadashi Nagamatsu, Shuhei Yamada
  • 学会等名: Joint Meeting of the Society for Glycobiology and the Japanese Society of Carbohydrate Research “Integrating Glycoscience from Biology and Chemistry to Medicine”
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-18
• [学会発表] Expression Analysis of Hyaluronidases in the Mouse Brain during Development (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuka Oiwa, Shuji Mizumoto, Ryoji Kojima, Tadashi Nagamatsu, Shuhei Yamada
  • 学会等名: Joint Meeting of the Society for Glycobiology and the Japanese Society of Carbohydrate Research “Glycans in Neuroscience”
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] プロテオグリカン糖側鎖の生合成異常による遺伝性の骨・皮膚疾患 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都）
  • 年月日: 2014-10-16
• [学会発表] グリコサミノグリカンの代謝 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田 修平
  • 学会等名: 第8回東北糖鎖研究会
  • 発表場所: 岩手医科大学（矢巾町、岩手）
  • 年月日: 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] Novel CS-E-Binding Proteins in Mouse Brain That May Be Involved in the Neurite Outgrowth Promoting Mechanism through Chondroitin Sulfate E-Type (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Sugahara, Shuji Mizumoto, Yusuke Yoshikawa, Shuhei Yamada, and Kosei Takeuchi
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Proteoglycans 2014
  • 発表場所: Andover, USA
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-10
• [学会発表] ヒトヒアルロニダーゼの基質認識に必要なアミノ酸残基の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩月遥奈、水本秀二、金岩知之、菅原一幸、山田修平
  • 学会等名: 第60回日本薬学会東海支部総会
  • 発表場所: 鈴鹿医療大学（鈴鹿）
  • 年月日: 2014-07-05
• [学会発表] コンドロイチン硫酸特異的加水分解酵素ヒアルロニダーゼ-4の細胞内局在の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本千夏、野村優美子、水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第60回日本薬学会東海支部総会
  • 発表場所: 鈴鹿医療大学（鈴鹿）
  • 年月日: 2014-07-05
• [学会発表] 発生段階の異なるマウス脳におけるヒアルロニダーゼファミリーメンバーの発現解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大岩友香、水本秀二、小島良二、永松正、山田修平
  • 学会等名: 第60回日本薬学会東海支部総会
  • 発表場所: 鈴鹿医療大学（鈴鹿）
  • 年月日: 2014-07-05
• [学会発表] グリコサミノグリカンの生合成異常による遺伝性の骨・皮膚疾患 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 学会等名: 第22回PGフォーラム(第４６回日本結合組織学会学術大会・第６１回マトリックス研究会大会・合同学術大会)
  • 発表場所: ウインク愛知（名古屋）
  • 年月日: 2014-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] コンドロイチン硫酸代謝におけるヒアルロニダーゼの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田修平、本田智子、金岩知之、水本秀二、菅原一幸
  • 学会等名: 第46回日本結合組織学会学術大会第61回マトリックス研究会大会合同学術集会
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋）
  • 年月日: 2014-06-06
• [図書] Encyclopedia of Polymeric Nanomaterials (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Sugahara, Shuji Mizumoto, and Shuhei Yamada
  • 総ページ数: 2672
  • 出版者: Springer
• [図書] 糖鎖の新機能開発 応用ハンドブック - 創薬 医療から食品開発まで (2015)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、菅原一幸
  • 総ページ数: 628
  • 出版者: エヌ ティー エス
• [図書] 糖鎖の新機能開発 応用ハンドブック - 創薬 医療から食品開発まで (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田 修平、水本秀二、菅原一幸
  • 総ページ数: 628
  • 出版者: エヌ ティー エス
• [図書] Biochemical Roles of Eukaryotic Cell Surface Macromolecules (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yamada
  • 総ページ数: 411
  • 出版者: Springer
• [備考] 名城大学薬学部病態生化学
  • URL: http://www-yaku.meijo-u.ac.jp/Research/Laboratory/pathobio/index.html