アシルセラミドによる皮膚バリア形成の分子メカニズムと病態解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05589
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大野 祐介 北海道大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (50611498)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: セラミド / 皮膚 / アシルセラミド / 脂肪酸 / 魚鱗癬

研究実績の概要

皮膚は体内の水分の損失の防止や外来微生物や化学物質の侵入防止のバリアとして作用する。このバリア機能の本体は脂質であり，その中でも特には表皮特異的に存在するアシルセラミドは，皮膚のバリア形成に必須である。アシルセラミドは，1980年代に構造決定がなされたが，その合成経路は不明であった。我々は，合成経路に関して，脂肪酸の伸長(超長鎖脂肪酸の合成)，超長鎖脂肪酸のω位の水酸化，長鎖塩基とω水酸化超長鎖脂肪酸の縮合(ω水酸化超長鎖セラミドの合成)，セラミドアシルトランスフェラーゼによるω水酸化超長鎖セラミドへのリノール酸の付加の4 ステップでアシルセラミドが合成されることを明らかにした。その中でも，脂肪酸伸長超長鎖脂肪酸のω水酸化反応を担う酵素が CYP4F22 であり，CYP4F22の魚鱗癬患者に見られる変異体では酵素活性が大きく低下することを明らかにした。さらに，魚鱗癬患者の皮膚を採取し脂質組成を解析したところ，アシルセラミドが顕著に減少していることを見出し，魚鱗癬患者の変異とアシルセラミド量に相関関係があることを明らかにした。さらに，アシルセラミド合成の最終ステップであるω水酸化超長鎖セラミドへのリノール酸の付加反応に魚鱗癬原因遺伝子であるPNPLA1が関与することを明らかにした。

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

これまで不明であったアシルセラミド合成経路を明らかにし，リノール酸の付加反応に関与する酵素としてPNPLA1の同定に成功した。機能未知の魚鱗癬原因遺伝子Ichthyinノックアウトマウスの作製に関しても，キメラマウスからヘテロノックアウトマウスの取得まで完了している。また，レンチウィルスを用いたケラチノサイトのノックダウンおよび３次元培養系の確立にも成功しており，順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

ω水酸化超長鎖セラミドへのリノール酸の付加反応にPNPLA1が関与することを見出したが，PNPLA1がアシルトランスフェラーゼ本体なのか，アシルセラミド合成を間接的に促進する因子なのかどうか詳細なメカニズムの解明には至っていない。そのため，質量分析を用いた詳細な脂質組成解析およびin vitroの活性を解析することで，PNPLA1の機能解析を行なう。また，本年度に機能未知魚鱗癬原因遺伝子Ichthyinノックアウトマウスを取得できるため，皮膚に重点を置いた解析を行ない，皮膚バリア形成および魚鱗癬発症の新たな分子メカニズム解明を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] A role of the sphingosine-1-phosphate (S1P)- S1P receptor 2 pathway in epithelial defense against cancer (EDAC). (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto S, Yako Y, Fujioka Y, Kajita M, Kameyama T, Kon S, Ishikawa S, Ohba Y, Ohno Y, Kihara A, Fujita Y
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 27 ページ: 491-499
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-03-0161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential role of the cytochrome P450 CYP4F22 in the production of acylceramide, the key lipid for skin permeability barrier formation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohno Y, Nakamichi S, Ohkuni A, Kamiyama N, Naoe A, Tsujimura H, Yokose U, Sugiura K, Ishikawa J, Akiyama M, Kihara A
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 112 ページ: 7707-7712
  • DOI: 10.1073/pnas.1503491112
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] HACD1, a regulator of membrane composition and fluidity, promotes myoblast fusion and skeletal muscle growth. (2015)
  • 著者名/発表者名: Blondelle J, Ohno Y, Gache V, Guyot S, Storck S, Blanchard-Gutton N, Barthelemy I, Walmsley G, Rahier A, Gadin S, Maurer M, Guillaud L, Prola A, Ferry A, Aubin-Houzelstein G, Demarquoy J, Relaix F, Piercy R J, Blot S, Kihara A, Tiret L, Pilot-Storck F
  • 雑誌名: Journal of Molecular Cell Biology 巻: 7 ページ: 429-440
  • DOI: 10.1093/jmcb/mjv049
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Identification of the genes responsible for the synthesis of acylceramide, an essential ceramide class for skin barrier formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ohno, Nozomi Kamiyama, Shota Nakamichi, Akio Kihara
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Renaissance Tuscany Il Ciocco (Lucca, Italy)
  • 年月日: 2016-03-06 – 2016-03-11
  • 国際学会
• [学会発表] 皮膚バリアを形成するアシルセラミドの合成経路解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野祐介, 木原章雄
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会／第38回日本分子生物学会年会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 魚鱗癬原因遺伝子産物 PNPLA1 はアシルセラミドの生合成に関与している (2015)
  • 著者名/発表者名: 神山望, 大野祐介, 中路翔太, 木原章雄
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会／第38回日本分子生物学会年会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 皮膚バリア形成に必須なアシルセラミドの産生にシトクロームP450 ファミリータンパク質 CYP4F22 が関与する (2015)
  • 著者名/発表者名: 中路翔太, 大野祐介, 神山望, 木原章雄
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会／第38回日本分子生物学会年会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 魚鱗癬の原因遺伝子産物 PNPLA1 はアシルセラミド合成に関与する (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野祐介, 神山望, 木原章雄
  • 学会等名: 第57回日本脂質生化学会
  • 発表場所: 一橋大学一橋講堂（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-05-28 – 2015-05-29
• [備考] 北海道大学薬学研究院生化学研究室ホームページ
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.html