ガングリオシドによる新たな「炎症増悪ループ」の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04767
• 研究機関: 東北医科薬科大学
• 研究代表者: 井ノ口 仁一 東北医科薬科大学, 薬学部, 教授 (70131810)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ガングリオシド / GM3分子種 / 慢性炎症 / TLR4 / 自然免疫活性化 / 超高分子量多量体

研究実績の概要

シアル酸を含むスフィンゴ糖脂質であるガングリオシドは、糖鎖構造とセラミド構造の多様性に基づいて多くの分子種が存在している。健常人血清中には、約10 micro gram/mlのガングリオシドが存在し、その90%以上がGM3である。我々は、LC-MS/MS解析を用いて、血清中のGM3には、セラミド構造の多様性に基づいて23の分子種が存在すること、そして、メタボリックシンドローム患者血清では、極長鎖飽和アシル鎖およびα位の水酸化修飾をセラミド構造中に有するGM3分子種(C24:0, hC24:0)が増加する一方で、C16:0及びC18:0のアシル鎖を有するGM3分子種は減少していることを見出している(PLosOne 2015)。
GM3分子種の産生メカニズムを検討した結果、糖尿病時に顕著となる炎症性サイトカイン刺激、低酸素ストレス、小胞体ストレスによって、脂肪細胞におけるGM3発現量は急激に増加することが分かった。さらに、GM3分子種が担う新規生理活性を検討した結果、メタボリックシンドローム発症時に増加する、極長鎖飽和アシル鎖およびα位の水酸化修飾をセラミド部分に有するGM3分子種（C24:0, hC24:0）は、LPS刺激または慢性炎症時に放出される内因性TLR4リガンドである
HMGB1によるヒト単球／マクロファージからの炎症性サイトカイン（TNF-α, 1L-1β, IL-6, IL-23）の産生を著しく促進した。肥満モデルマウスにおいても、GM3合成酵素のノックアウトによって、肥満時の内臓脂肪炎症は大きく緩和されていた。その分子メカニズムを解析したところ、炎症促進性GM3分子種（C22, C24, hC24）は、TLR4-LRR領域/MD2複合体の超高分子量多量体の形成を誘導することによって、シグナル伝達を促進する新規内因性リガンドであることを突き止めた（投稿中）

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

炎症促進性GM3分子種（C22, C24, hC24）は、TLR4-LRR領域/MD2複合体の超
高分子量多量体の形成を誘導することによって、シグナル伝達を促進する新規内因性リガンドであることを突き止めた（投稿中）

今後の研究の推進方策

GM3分子種およびTLR4を標的とし、ケミカルバイオロジー手法・ライブセルイメージング手法を駆使した表現型解析・分子間相互作用解析によって、「慢性炎症を基盤とする病態では、炎症惹起性GM3分子種の発現優位と、それに伴う自然免疫系の異常な活性化からなる炎症増悪ループが、疾患の発症・促進要因となる」という、ガングリオシドの新規生理活性研究におけるブレークスルーを目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Altered Expression of Ganglioside GM3 Molecular Species and a Potential Regulatory Role During Myoblast Differentiation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Go S, Veillon L, Ciampa M, Mauri L, Sato C, Kitajima K, Prinetti A, Sonnino S, Inokuchi J.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 ページ: 7040-7051
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.771253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] PDMP, a ceramide analogue, acts as an inhibitor of mTORC1 by inducing its translocation from lysosome to endoplasmic reticulum. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi O, Katarzyna A. Podyma-Inoue, Kazue T, Jin-ichi I, Toshihide K, Tetsuro W, Yuichi I, Miki Hara-Y.
  • 雑誌名: Experimental Cell Research 巻: 350 ページ: 103-114
  • DOI: 103-114. doi: 10.1016/j.yexcr.2016.11.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Psychosine-triggered endomitosis is modulated by membrane sphingolipids through regulation of phosphoinositide 4,5-bisphosphate production at the cleavage furrow. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Okahara K, Naito-Matsui Y, Abe M, Go S, Inokuchi J, Okazaki T,Kobayashi T, Kozutsumi Y, Oka S, Takematsu H.
  • 雑誌名: Mol Biol Cell. 巻: 27 ページ: 2037-2050
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-08-0555
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeting ceramide synthase 6-dependent metastasis-prone phenotype in lung cancer cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Cao K, Kato S, Komizu Y, Tanaka K, Togawa N, Arima C, Chee T-M, Yanagisawa K, Usami N, Taniguchi T, Yokoi K, Mizutani Y, Igarashi Y, Inokuchi J,Iwaki S, Fujii S, Ueoka R, Tamiya-Koizumi K, Murate T, Kyogashima M, Nakamura M, and Takahashi T.
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 126 ページ: 254-265
  • DOI: 10.1172/JCI79775
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] スフィンゴミエリン発現の微調整は自己反応性T細胞の除去に関与するか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 豊島かおる、永福正和、岡崎俊郎、井ノ口仁一
  • 学会等名: 日本薬学会第137年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-24 – 2017-03-25
• [学会発表] GM3合成酵素ノックアウトマウスは腸管からのコレステロール吸収制御を介して高コレステロール血症に抵抗性を示す。 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二瓶渉、永福正和、田村有美、稲森啓一郎、新井健太、樺山一哉、深瀬浩一、井ノ口仁一
  • 学会等名: 日本薬学会第137年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-24 – 2017-03-25
• [学会発表] Role of CD103+ dendritic cells in mediating female-predominant Th2 cytokine production in asthma (2016)
  • 著者名/発表者名: Chisaki Masuda, Tomomitsu Miyasaka, Jin-ichi Inokuchi, Shunya Iwami, Tasuku Kawano, Motoaki Takayanagi, Tomoko Takahashi, Isao Ohno
  • 学会等名: 第45回日本免疫学会集会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-07
• [学会発表] Discovery of Novel Inflammation Amplification Loop by Ganglioside GM3 Molecular Species in Metabolic Syndrome. (2016)
  • 著者名/発表者名: 井ノ口仁一、 狩野裕考
  • 学会等名: 第45回日本免疫学会学術集会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-07
• [学会発表] Discovery of Novel Inflammation Amplification Loop by Ganglioside GM3 Molecular Species in Metabolic Syndrome. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jin-ichi Inokuchi, Hirotaka Kanoh, Shinji Go, Masakazu Nagafuku, Kei-ichiro Inamori.
  • 学会等名: SialoGlyco2016
  • 発表場所: Santa Barbara, California（USA)
  • 年月日: 2016-11-14 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] ガングリオシドGM3のアシル鎖長が制御する自然免疫応答の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 狩野裕考、郷慎司、新田昴大、ルーカス・ヴェイロン、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第9回セラミド研究会学術集会
  • 発表場所: 東京ユビキタス協創広場CANVAS(東京都中央区）
  • 年月日: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [学会発表] Ganglioside GM3 is essential for the structural integrity and function of cochlear hair cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Misato Yoshikawa, Shinji Go, Shun-ichi Suzuki, Akemi Suzuki, Yukio Katori, Thierry Morlet, Steven M.Gottlieb, Michihiro Fujiwara, Katsunori Iwasaki, Kevin A.Strauss, Jin-ichi Inokuchi
  • 学会等名: GM3 Synthase Deficiency Research Summit
  • 発表場所: Pittsburgh（USA）
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] マウス視床下部由来神経細胞株を用いた受容体シグナルにおけるガングリオシドの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村有美、稲森啓一郎、伊藤英樹、千葉ひかる、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] レプチンおよびメラノコルチン受容体の機能におけるガングリオシドの役割の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲森啓一郎、伊藤英樹、田村有美、楊燕華、二瓶渉、突田壮平、山田哲也、片桐秀樹、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] O-GlcNAc修飾を介したスフィンゴ糖脂質代謝制御機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郷慎司、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 極長鎖GM3ガングリオシドによる慢性炎症惹起メカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 狩野裕考、郷慎司、新田昴大、ルーカス・ヴェイロン、アンナ・カッタニオ、マリレナ・レティッザ、名取良浩、吉村祐一、安藤弘宗、石田秀治、樺山一哉、下山敦史、深瀬浩一、マリア・チャンパ、ラウラ・マウリ、アレッサンドロ・プリネッティ、サンドロ・ソニーノ、鈴木明身、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] B4GalNAcT1 (GM2/GD2/GA2合成酵素) の新規アイソフォームの同定と、R-based motifによる酵素安定性と細胞内輸送機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宍戸史、上村聡志、樫村まどか、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] スフィンゴミエリンは胸腺における自己反応性T細胞の除去に関与するか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 豊島かおる、永福正和、岡崎俊郎、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] GM3合成酵素ノックアウトマウスが示す高コレステロール血症抵抗性と腸管からのコレステロール吸収低下機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 二瓶渉、永福正和、宍戸史、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 筋分化過程におけるGM3分子種変化の分子機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 郷詩織、郷慎司、井ノ口仁一、佐藤ちひろ、北島健
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 田村有美、稲森啓一郎、伊藤英樹、千葉ひかる、井ノ口仁一 (2016)
  • 著者名/発表者名: マウス視床下部由来神経細胞株を用いた受容体シグナルにおけるガングリオシドの機能解析
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] ガングリオシド欠損による過食・肥満モデルマウスの肥満病態の改善 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤英樹、稲森啓一郎、田村有美、楊燕華、二瓶渉、突田壮平、山田哲也、片桐秀樹、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] インスリン分泌機構における複合糖質の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋巌、溝上達也、藤井里穂、松山和佳奈、郷慎司、井ノ口仁一、山田修平、那谷耕司
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] レプチンおよびメラノコルチン受容体の機能におけるガングリオシドの役割の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲森啓一郎、伊藤英樹、田村有美、楊燕華、二瓶渉、突田壮平、山田哲也、片桐秀樹、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第35回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 高知市文化プラザかるぽーと（高知県高知市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] B4GalNAcT1 (GM2/GD2/GA2合成酵素) の新規アイソフォームの同定と、R-based motifによる酵素安定性と細胞内輸送機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宍戸史、上村聡志、樫村まどか、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第10回東北糖鎖研究会
  • 発表場所: コラッセ福島(福島県福島市）
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-07
• [学会発表] 内因性リガンドとしての極長鎖GM3ガングリオシドによる慢性炎症惹起機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 狩野裕考、郷慎司、新田昴大、ルーカス・ヴェイロン、アンナ・カッタニオ、マリレナ・レティッザ、名取良浩、吉村祐一、安藤弘宗、石田秀治、樺山一哉、下山敦史、深瀬浩一、マリア・チャンパ、ラウラ・マウリ、アレッサンドロ・プリネッティ、サンドロ・ソニーノ、鈴木明身、井ノ口仁一
  • 学会等名: 第58回日本脂質生化学会
  • 発表場所: 秋田市にぎわい交流館AU(秋田県秋田市）
  • 年月日: 2016-06-09 – 2016-06-10
• [学会発表] Discovery of Novel Inflammation Amplification Loop by Ganglioside GM3 Molecular Species in Metabolic Syndrome. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inokuchi Jin-ichi
  • 学会等名: 2016 Koria-Japan Bioactive Lipid Joint Symposium
  • 発表場所: Jeju,（South Korea）
  • 年月日: 2016-05-11 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane Microdomain Lipid Therapy for Diabetes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inokuchi Jin-ichi
  • 学会等名: Keystone Symposia: New Therapeutics for Diabates and Obesity
  • 発表場所: California, （USA）
  • 年月日: 2016-04-17 – 2016-04-20
  • 国際学会