膜リン脂質クオリティ分析技術の開発と生命現象への適用

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 脂質クオリティが解き明かす生命現象
• 研究課題/領域番号: 15H05899
• 研究機関: 秋田大学
• 研究代表者: 佐々木 雄彦 秋田大学, 医学(系)研究科(研究院), 非常勤講師 (50333365)
• 研究分担者: 中西 広樹 秋田大学, 学内共同利用施設等, 助教 (10466740) ; 青木 淳賢 東北大学, 薬学研究科, 教授 (20250219)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 脂肪酸 / リン脂質 / キナーゼ / ホスファターゼ

研究実績の概要

リン脂質は親水基の構造に基づき数十程度のリン脂質クラスに分類され、解析されてきた。我々は、細胞内シグナル伝達リン脂質であるホスファチジルイノシトール3,4,5-三リン酸（PIP3）の新規定量分析法を開発した。そして、親水基にイノシトール三リン酸を含むリン脂質クラスであるPIP3に、異なる脂肪酸を持つ約30の分子種が含まれることを発見した。PIP3ホスファターゼであるPtenやSHIP1など欠損マウスにおいて、特定の脂肪酸を持つPIP3分子種が異なる割合で増加していることを見出した。このような知見から、リン脂質はヘッドグループとともにその脂肪酸の違いによって、分子種ごとに異なった代謝を受け、さらに、異なる生命現象に関与する可能性が強く示唆される。本研究の目的は、多様なリン脂質分子種が産生される分子機構および生命現象における意義を解明することである。
チロシンキナーゼBtk（Bruton tyrosine kinase）の活性化には、PHドメインを介した形質膜PIP3への結合が必須である。BtkのPIP3への結合嗜好性を、アシル基が異なるP
IP3を用いたリポソーム結合アッセイで検討したところ、炭素数が多く二重結合が多いC38:4 PIP3に高い結合能を持つことが明らかとなった。Btkの活性化はSHIP1欠損細胞で亢進しており、この現象は、SHIP1欠損により、C38:4 PIP3が他のアシル基構造をもつPIP3分子種と比べて増加することと符合していた。SHIP1欠損マウスでみられる致死性肺炎の病態にBtk活性亢進がどのように関与するのかを明確にするため、SHIP1,Btk二重欠損マウスの作製を行った。次年度にはこれら変異マウスの病態解析によって、個体レベルでSHIP1-38:4 PIP3-Btk axisの意義を解析することができる。

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

試験管レベルでの脂質脱リン酸化活性測定系とともに、精度の高いタンパク質-脂質結合実験系が構築できたことで、細胞質タンパク質のアシル基嗜好性を解析することができるようになっている。また、遺伝学的な検証に必要な、遺伝子改変マウスも準備できている。リン脂質アシル基を形作る分子機構についてこれからさらに実験を進める。

今後の研究の推進方策

リン脂質アシル基を形作る分子機構について、さらに実験を進める。Btkは、マクロファージやHEK293T細胞の形質膜上の突起小区画に局在し、活性化されている。SHIP1、LPIAT1（lysophosphatidylinositol acyl transferase 1）の発現レベルを増減するなどし、この局在と活性化の脂質依存性を検討し、また、BtkのN末端PHドメイン外に見出している一群の疎水性アミノ酸残基が、C38:4 PIP3の認識に関与するか否かを検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Harvard Med. Sch/UC Irvine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Cornell University/Harvard Med. Sch/UC Irvine
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] Babraham Inst/UCL Cancer Inst(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Babraham Inst/UCL Cancer Inst
• [国際共同研究] IMBA(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: IMBA
• [雑誌論文] TMEM55a localizes to macrophage phagosomes to downregulate phagocytosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Morioka Shin、Nigorikawa Kiyomi、Okada Eri、Tanaka Yoshimasa、Kasuu Yoshihiro、Yamada Miho、Kofuji Satoshi、Takasuga Shunsuke、Nakanishi Hiroki、Sasaki Takehiko、Hazeki Kaoru
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 ページ: jcs213272
  • DOI: 10.1242/jcs.213272
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fatty acid binding protein 4 enhances prostate cancer progression by upregulating matrix metalloproteinases and stromal cell cytokine production (2017)
  • 著者名/発表者名: Huang Mingguo、Narita Shintaro、Inoue Takamitsu、Koizumi Atsushi、Saito Mitsuru、Tsuruta Hiroshi、Numakura Kazuyuki、Satoh Shigeru、Nanjo Hiroshi、Sasaki Takehiko、Habuchi Tomonori
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 8 ページ: 111780-111794
  • DOI: 10.18632/oncotarget.22908
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PTEN Regulates PI(3,4)P 2 Signaling Downstream of Class I PI3K (2017)
  • 著者名/発表者名: Malek M, Kielkowska A, Chessa T, Anderson KE, Barneda D, Pir P, Nakanishi H, Eguchi S, Koizumi A, Sasaki J, Juvin V, Kiselev VY, Niewczas I, Gray A, Valayer A, Spensberger D, Imbert M, Felisbino S, Habuchi T, Beinke S, Cosulich S, Le Novère N, Sasaki T, Clark J, Hawkins PT, Stephens LR
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 68 ページ: 566～580
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.09.024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The effect and possible clinical efficacy of in vivo inhibition of neutrophil extracellular traps by blockade of PI3K-gamma on the pathogenesis of microscopic polyangiitis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hirotaka、Matsuyama Yasushi、Araki Sachiko、Koizumi Atsushi、Kariya Yumi、Takasuga Shunsuke、Eguchi Satoshi、Nakanishi Hiroki、Sasaki Junko、Sasaki Takehiko
  • 雑誌名: Modern Rheumatology 巻: - ページ: 1～12
  • DOI: 10.1080/14397595.2017.1367116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Docosahexaenoic acid preserves visual function by maintaining correct disc morphology in retinal photoreceptor cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Shindou Hideo、Koso Hideto、Sasaki Junko、Nakanishi Hiroki、Sagara Hiroshi、Nakagawa Koh M.、Takahashi Yoshikazu、Hishikawa Daisuke、Iizuka-Hishikawa Yoshiko、Tokumasu Fuyuki、Noguchi Hiroshi、Watanabe Sumiko、Sasaki Takehiko、Shimizu Takao
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 292 ページ: 12054～12064
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.790568
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lysophosphatidic acid acyltransferase 3 tunes the membrane status of germ cells by incorporating docosahexaenoic acid during spermatogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Iizuka-Hishikawa Yoshiko、Hishikawa Daisuke、Sasaki Junko、Takubo Keiyo、Goto Motohito、Nagata Katsuyuki、Nakanishi Hiroki、Shindou Hideo、Okamura Tadashi、Ito Chizuru、Toshimori Kiyotaka、Sasaki Takehiko、Shimizu Takao
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 292 ページ: 12065～12076
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.791277
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Decreased 16:0/20:4-phosphatidylinositol level in the post-mortem prefrontal cortex of elderly patients with schizophrenia (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Junya、Nakanishi Hiroki、Kunii Yasuto、Sugiura Yuki、Yuki Dai、Wada Akira、Hino Mizuki、Niwa Shin-Ichi、Kondo Takeshi、Waki Michihiko、Hayasaka Takahiro、Masaki Noritaka、Akatsu Hiroyasu、Hashizume Yoshio、Yamamoto Sakon、Sato Shinji、Sasaki Takehiko、Setou Mitsutoshi、Yabe Hirooki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 45050～45050
  • DOI: 10.1038/srep45050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vps34 regulates myofibril proteostasis to prevent hypertrophic cardiomyopathy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hirotaka、Eguchi Satoshi、Sasaki Junko、Kuba Keiji、Nakanishi Hiroki、Takasuga Shunsuke、Yamazaki Masakazu、Goto Akiteru、Watanabe Hiroyuki、Itoh Hiroshi、Imai Yumiko、Suzuki Akira、Mizushima Noboru、Sasaki Takehiko
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 2 ページ: -
  • DOI: 10.1172/jci.insight.89462
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] INPP4B is a tumor suppressor in the context of PTEN insufficiency by modulating the levels of PI3K lipid products (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Sasaki
  • 学会等名: International Symposium on Imaging Frontier 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] がんのリン脂質代謝制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第５回 がんと代謝制御研究会
  • 招待講演
• [学会発表] イノシトールリン脂質クオリティとシグナル伝達 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第69回 日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Quality of phosphoinositide in disease (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
  • 招待講演
• [学会発表] 生体脂質を見る 、測る、理解する (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第49回 日本臨床検査医学会東北支部総会第28回 日本臨床化学会東北支部総会
  • 招待講演
• [学会発表] 炎症性リン脂質シグナルを抑制する SHIP1 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第36回 日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] リン脂質のバイオロジー・疾患と質量分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第44回日本マススクリーニング学会
  • 招待講演
• [学会発表] イノシトールリン脂質のリポクオリティ解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 雄彦
  • 学会等名: 第42回日本医用マススペクトル学会年会
  • 招待講演
• [備考] 東京医科歯科大学・難治疾患研究所・病態生理化学分野
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/section/pathophysiology/pip/index.html
• [産業財産権] 新規リン脂質およびその利用ならびにリン脂質分離測定法の開発 (2017)
  • 発明者名: 佐々木雄彦、中西広樹ほか
  • 権利者名: 秋田大学、Japan Lipid Technologies
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2017/ 26563