低酸素感知機構の分子基盤の解明と換気応答の制御法の開発

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16390071
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医化学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 柴原 茂樹 東北大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70206142)
• 研究分担者: 飛田 渉 東北大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (10142944) ; 古山 和道 東北大学, 大学院医学系研究科, 助教授 (80280874) ; 武田 和久 東北大学, 大学院医学系研究科, 助手 (30311559)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: ヘムオキシゲナーゼ / 小眼球症関連転写因子 / 酸素センサー / 換気応答 / 赤血球

研究概要

我々は、ヘム分解系の律速酵素ヘムオキシゲナーゼのアイソザイムHO-2の欠損(-/-)マウスが低酸素換気応答の低下を、一方、小眼球症関連転写因子(MITF)の変異マウス(black-eyed white, bw)が低酸素換気応答の亢進を呈することを発見した。さらに、以下の成果を得た。
1 HO-2欠損(-/-)マウスは軽度の低酸素血症を呈し、肺静脈心筋の肥厚と肺静脈心筋における誘導型アイソザイムHO-1の発現増加を伴う。
2 野生型マウス(C57BL/6)を空気下および10%低酸素下で飼育し、心肺肝における誘導型のHO-1とHO-2の発現変化を解析した。ウェスタンブロット解析により、低酸素(10%酸素)曝露1週間後のマウス肝臓においてHO-1とHO-2タンパクの一過性の発現低下を認めた。一方、低酸素曝露4週間後のマウス心筋全体においてHO-1とHO-2タンパクの発現が増加した。
3 計9系統のマウスを無麻酔・無拘束の状態で10%酸素あるいは10%炭酸ガス呼吸下における即時換気応答を解析した。低酸素換気応答に系統問に有意な違いを検出したが、高炭酸ガス刺激に対する換気応答には違いを検出できなかった。特に、SWR/Jマウスでは低酸素換気応答が最も悪く、遺伝的要因が低酸素応答に関与することが明らかになった。
4 DNAマイクロアレイ解析により、bwマウス皮膚で欠損する分子としてリポカリン型プロスタグランジンD合成酵素(L-PGDS)を同定した。L-PGDSはプロスタグランジンD_2(PGD_2)を合成する酵素である。L-PGDSがMITFの標的遺伝子であり、メラノサイト特異的に発現されることを明らかにした。
5 赤芽球性白血病細胞YN-1や肝がん細胞HepG2など種々ヒト培養細胞株を低酸素下(1%O_2)で48時間培養すると、HO-1とHO-2の発現が低下し、それに伴い細胞内ヘム量は増加した。

研究成果

• [雑誌論文] Augmented chemosensitivity in black-eyed white Mitf^<mi-bw> mice, lacking melanocytes. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeda K.
  • 雑誌名: J. Biochem. (Tokyo) 141・3 ページ: 327-333
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Augmented chemosensitivity in black-eyed white Mitf^<mi-bw> mice, lacking melanocytes. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeda K, Adachi T, Han F, Yokoyama S, Yamamoto H, Hida W, Shibahara S
  • 雑誌名: J.Biochem.(Tokyo) 141 (3) ページ: 327-333
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Down-regulation of heme oxygenase-2 is associated with the increased expression of heme oxygenase-1 in human cell lines. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ding Y.
  • 雑誌名: FEBS J. 273・23 ページ: 5333-5346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional difference of the SOX10 mutant proteins responsible for the phenotypic variability in auditory-pigmentary disorders. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, S
  • 雑誌名: J. Biochem. (Tokyo) 140・4 ページ: 491-499
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hypoxia reduces the expression of heme oxygenase-2 in various types of human cell lines : A possible strategy for the maintenance of intracellular heme level. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zhang Y.
  • 雑誌名: FEBS J. 273・14 ページ: 3136-3147
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mice with blunted hypoxic ventilatory response are susceptible to respiratory disturbance during hypoxia (2006)
  • 著者名/発表者名: Adachi T.
  • 雑誌名: Tohoku J. Exp. Med. 209・2 ページ: 125-134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] SOX10, in combination with Sp1, regulates the endothelin receptor type B gene in human melanocyte lineage cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama S.
  • 雑誌名: FEBS J. 273・8 ページ: 1805-1820
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Arg452 substitution of the erythroid-specific 5-aminolaevulinate synthase, a hot spot mutation in X-linked sideroblastic anaemia, does not itself affect enzyme activity (2006)
  • 著者名/発表者名: Furuyama K.
  • 雑誌名: Eur. J. Haematol. 76・1 ページ: 33-41
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Lipocalin-type prostaglandin D synthase as a melanocyte marker regulated by MITF. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeda K.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 339・4 ページ: 1098-1106
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Down-regulation of heme oxygenase-2 is associated with the increased expression of heme oxygenase-1 in human cell lines. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ding Y, Zhang Y-Z, Furuyama K, Ogawa K, Igarashi K, Shibahara S
  • 雑誌名: FEBS J. 273 (23) ページ: 5333-5346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional difference of the SOX10 mutant proteins responsible for the phenotypic variability in auditory-pigmentary disorders. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama S, Takeda K, Shibahara S
  • 雑誌名: J.Biochem.(Tokyo) 140 (4) ページ: 491-499
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hypoxia reduces the expression of heme oxygenase-2 in various types of human cell lines : A possible strategy for the maintenance of intracellular heme level. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zhang Y, Furuyama K, Kaneko K, Ding Y, Ogawa K, Yoshizawa M, Kawamura M, Takeda K, Yoshida T, Shibahara S
  • 雑誌名: FEBS J. 273 (14) ページ: 3136-3147
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mice with blunted hypoxic ventilatory response are susceptible to respiratory disturbance during hypoxia. (2006)
  • 著者名/発表者名: Adachi T, Ogawa H, Okabe S, Kitamuro T, Kikuchi Y, Shibahara S, Shirato K, Hida W
  • 雑誌名: Tohoku J.Exp.Med. 209 (2) ページ: 125-134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] SOX10, in combination with Sp 1, regulates the endothelin receptor type B gene in human melanocyte lineage cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama S, Takeda K, Shibahara S
  • 雑誌名: FEBS J. 273 (8) ページ: 1805-1820
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Arg452 substitution of the erythroid-specific 5-aminolaevulinate synthase, a hot spot mutation in X-linked sideroblastic anaemia, does not itself affect enzyme activity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Furuyama K, Harigae H, Heller T, Hamel BC, Minder EI, Shimizu T, Kuribara T, Blijlevens N, Shibahara S, Sassa S
  • 雑誌名: Eur.J.Haematol. 76 (1) ページ: 33-41
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Lipocalin-type prostaglandin D synthase as a melanocyte marker regulated by MITF. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeda K, Yokoyama S, Aburatani H, Masuda T; Han F, Yoshizawa M, Yamaki N, Yamamoto H, Eguchi N, Urade Y, Shibahara S
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 339 (4) ページ: 1098-1106
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic changes in expression of heme oxygenases in mouse heart and liver during hypoxia (2005)
  • 著者名/発表者名: Han F.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 338・1 ページ: 653-659
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic changes in expression of heme oxygenases in mouse heart and liver during hypoxia. (2005)
  • 著者名/発表者名: Han F, Takeda K, Yokoyama S, Ueda H, Shinozawa Y, Furuyama K, Shibahara S
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 338 (1) ページ: 653-659
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Expression of heme oxygenase-1 is repressed by interferon-γ and induced by hypoxia in human retinal pigment epithelial cells. (2004)
  • 著者名/発表者名: Udono-Fujimori R.
  • 雑誌名: Eur. J. Biochem. 271・14 ページ: 3076-3084
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hypoxemia and blunted hypoxic ventilatory responses in mice lacking heme oxygenase-2 (2004)
  • 著者名/発表者名: Adachi T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 320・2 ページ: 514-522
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression of heme oxygenase-1 is repressed by interferon-y and induced by hypoxia in human retinal pigment epithelial cells. (2004)
  • 著者名/発表者名: Udono-Fujimori R, Takahashi K, Takeda K, Furuyama K, Kaneko K, Takahashi S, Tamai M, Shibahara S
  • 雑誌名: Eur.J.Biochem. 271 (14) ページ: 3076-3084
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hypoxemia and blunted hypoxic ventilatory responses in mice lacking heme oxygenase-2. (2004)
  • 著者名/発表者名: Adachi T, Ishikawa K, Hida W, Matsumoto H, Masuda T, Date F, Ogawa K, Takeda K, Furuyama K, Zhang Y, Kitamuro T, Ogawa H, Maruyama Y, Shibahara S
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 320 (2) ページ: 514-522
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Genetic Regulation of the Pigment Cell. In The Pigmentary System. Physiology and Pathophysiology, 2e (Edited by J. J. Nordlund et al.) (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeda K., Shibahara S.
  • 総ページ数: 1248
  • 出版者: Blackwell Publishing, New York, NY
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Genetic Regulation of the Pigment Cell. The Pigmentary System.Physiology and Pathophysiology,2e(Edited by J.J.Nordlund et al.) (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeda K., Shibahara S.
  • 総ページ数: 1248
  • 出版者: Blackwell Publishing, New York, NY
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Heme oxygenase and human disease. In Heme Oxygenase (Edited by Otterbein L.E. et al.) (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamaya M., Shibahara S.
  • 総ページ数: 417
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc., Carbondale, IL
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Heme oxygenase and human disease. Heme Oxygenase(Edited by Otterbein L.E.et al.) (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamaya M., Shibahara S.
  • 総ページ数: 417
  • 出版者: Nova Science Publishers, Inc., Carbondale, IL
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より