Golginによるグリコサミノグリカン生合成調節機構と遺伝性骨・皮膚疾患との関連

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K08251
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 水本 秀二 名城大学, 薬学部, 助教 (40443973)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: コンドロイチン硫酸 / デルマタン硫酸 / Golgin / プロテオグリカン / エーラス・ダンロス症候群 / 骨系統疾患 / 結合組織疾患 / 皮膚弛緩症

研究実績の概要

グリコサミノグリカンの生合成不全により、骨系統疾患および皮膚疾患が発症する (Mizumoto et al., J Biol Chem 2013)。さらに、糖鎖の合成の場であるゴルジ体の機能の調節を担うGolginファミリーの異常によっても、同様の骨系統・皮膚が引き起こされることが明らかになりつつある。しかしながら、Golginによるグリコサミノグリカン合成の調節機構は不明な点が多い。そこで、本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカンの小胞輸送の制御機構とGolginの変異による遺伝性骨・皮膚疾患について解明することを目的とする。
今年度は、グリコサミノグリカンの生合成にかかわる糖転移酵素であるGlcAT-IとCSGalNAcT-1の変異によって、それぞれ多発性骨折症と結合組織の脆弱性を伴う骨格異常症を発症することを見出した。これらの変異によって、糖転移活性が減少し、患者由来の細胞においては糖鎖の合成量も減少していることを見出した。また、デルマタン硫酸の欠損に起因するエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた確定診断法を開発した。尿からデルマタン硫酸を含む画分を精製し、酵素法および陰イオン交換クロマトグラフィーによって、デルマタン硫酸の定量を行うことで診断を可能にした。またGolginタンパク質の変異により、デルマタン硫酸の生合成が低下し、皮膚疾患を引き起こすことも見出した。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文5報、総説２報、紀要１報を発表し、学会での発表を9回行った。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画以上に進展している理由としては、研究計画書に記載した内容に沿って概ね遂行できており、さらに予想以上の成果が得られ、国際誌５報の原著論文の発表に至っているからである。内容としては、1) 皮膚疾患に関わるゴルジ体タンパク質の同定、2) プロテオミクスによるタンパク質同定の構築、3) グリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異による遺伝病の発見、4) デルマタン硫酸欠損によるエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた診断法確定である。これら成果の一部を国際誌 (PLoS ONE、BMC Medical Genetics、Human Mutation、Clinical Biochemistry、Journal of Human Genetics) に発表した。
今年度の成果発表をまとめると、査読有りの国際誌に原著論文5報、総説２報、紀要１報を発表し、学会での発表を9回行い、本研究で得られた成果の国民・社会への発信に大いに貢献していると考えている。

今後の研究の推進方策

今後さらに「Golginによるグリコサミノグリカン生合成調節機構と遺伝性骨・皮膚疾患との関連」について探求し、コンドロイチン硫酸を含むグリコサミノグリカンおよびGolginの合成異常や変異に起因する様々な疾患(骨格異常症、皮膚疾患、結合組織疾患など)に対する発症機序の解明を目指し、基礎研究を推進する。また、コンドロイチン硫酸やデルマタン硫酸、ヘパラン硫酸のアフィニティクロマトグラフィー等を用いて、これらと結合するGolginタンパク質を質量分析により同定する予定である。また、Golginノックアウトによるグリコサミノグリカンの合成に対する影響を調べるため、CRISPR/Cas9法でGolginを培養細胞株でノックアウトする予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Children’s Mercy Hospitals and Clinics(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Children’s Mercy Hospitals and Clinics
• [国際共同研究] Martin Luther Univ Halle-Wittenberg(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Martin Luther Univ Halle-Wittenberg
• [国際共同研究] Medical University of Innsbruck/Medical University of Vienna(Austria)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Medical University of Innsbruck/Medical University of Vienna
• [国際共同研究] University of Lausanne(Switzerland)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Lausanne
• [雑誌論文] Defect in dermatan sulfate in urine of patients with Ehlers-Danlos syndrome caused by a CHST14/D4ST1 deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Atsushi Hatamochi, Tomoko Honda, Tomomi Yamaguchi, Nobuhiko Okamoto, Noriko Miyake, Shuhei Yamada, and Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: Clinical Biochemistry 巻: 50 ページ: 670-677
  • DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2017.02.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] グリコサミノグリカン-タンパク質橋渡し領域の生合成不全によるプロテオグリカンリンカー病 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 259-263
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (CSGalNAcT-1) deficiency results in a mild skeletal dysplasia and joint laxity (2017)
  • 著者名/発表者名: Julia Vodopiutz, Shuji Mizumoto, Ekkehard Lausch, Antonio Rossi, Sheila Unger, Nikolaus Janocha, Rainer Seidl, Susanne Greber-Platzer, Shuhei Yamada, Thomas Muller, Bernd Jilma, Rudolf Ganger, Andrea Superti-Furga, Shiro Ikegawa, Kazuyuki Sugahara, Andreas R. Janecke
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: 38 ページ: 34-38
  • DOI: 10.1002/humu.23070
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of biallelic EXTL3 mutations in a novel type of spondylo-epi-metaphyseal dysplasia (2017)
  • 著者名/発表者名: *Long Guo, *Nursel H Elcioglu, *Shuji Mizumoto, Zheng Wang, Bilge Noyan, Hatice M Albayrak, Shuhei Yamada, Naomichi Matsumoto, Noriko Miyake, Gen Nishimura, Shiro Ikegawa (equal contribution)
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.38.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pathophysiological Significance of Dermatan Sulfate Proteoglycans Revealed by Human Genetic Disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: Pharmaceuticals 巻: 10 ページ: E34
  • DOI: 10.3390/ph10020034
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pivotal role of carbohydrate sulfotransferase 15 in fibrosis and mucosal healing in mouse colitis (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Suzuki, Somasundaram Arumugam, Junji Yokoyama, Yusuke Kawauchi, Yutaka Honda, Hiroki Sato, Yutaka Aoyagi, Shuji Terai, Kazuichi Okazaki, Yasuo Suzuki, Shuji Mizumoto, Kazuyuki Sugahara, Raja Atreya, Markus F. Neurath, Kenichi Watanabe, Taishi Hashiguchi, Hiroyuki Yoneyama, Hitoshi Asakura
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 ページ: e0158967
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0158967
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional validation of novel compound heterozygous variants in B3GAT3 resulting in severe osteopenia and fractures: expanding the disease phenotype (2016)
  • 著者名/発表者名: *Florian Job, *Shuji Mizumoto, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saal, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, Shuhei Yamada, Katrin Hoffmann, Kazuyuki Sugahara, Emily Farrow (*equal contribution)
  • 雑誌名: BMC Medical Genetics 巻: 17 ページ: 86
  • DOI: 10.1186/s12881-016-0344-9
  • 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] Structural analysis of chondroitin and dermatan sulfate in Receptor for Advanced Glycation End-products (RAGE) knockout mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Kazuyuki Sugahara
  • 雑誌名: Bulletin of Research Institute of Meijo University 巻: 21 ページ: 209-212
• [学会発表] Integrated neuroglycobiology for proteoglycans and chondroitin sulfate-binding proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: ◯Shuji Mizumoto, Yusuke Yoshikawa, Shuhei Yamada, Kosei Takeuchi, Yoshiaki Nakayama, Akira Kurosaka, Keiichiro Matsushima, Nobuyuki Miyamoto, Wataru Takada, Hirofumi Kodera, Naomichi Matsumoto, Hirotomo Saitsu, Gunnar Dick, James W. Fawcett, Jessica C. F. Kwok, and Kazuyuki Sugahara
  • 学会等名: 平成28年度 新学術領域「神経糖鎖生物学」最終シンポジウム
  • 発表場所: JPタワー名古屋(名古屋)
  • 年月日: 2017-03-03
• [学会発表] 多発性骨折と骨粗鬆症はグリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異によって引き起こされる (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯水本秀二, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, 山田修平, Katrin Hoffman, 菅原一幸, Emily Farrow
  • 学会等名: 糖鎖科学中部拠点第13回若手の力フォーラム
  • 発表場所: 岐阜大学(岐阜）
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] デルマタン4-O-硫酸基転移酵素-1の欠損によるエーラス・ダンロス症候群患者由来の尿中デルマタン硫酸の定量解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯水本秀二、古庄知己、籏持淳、本田智子、山田修平、菅原一幸
  • 学会等名: 日本薬剤師会東海ブロック・日本薬学会東海支部合同学術大会2016
  • 発表場所: 長良川国際会議場・岐阜都ホテル(岐阜)
  • 年月日: 2016-10-30
• [学会発表] グリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異による多発性骨折と骨粗鬆症 (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯水本秀二, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, 山田修平, Katrin Hoffman, 菅原一幸, Emily Farrow
  • 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・東北大学川内北キャンパス (仙台)
  • 年月日: 2016-09-27
• [学会発表] デルマタン4-O-硫酸基転移酵素-1欠損に基づくエーラスダンロス症候群モデルマウスの作製および病態解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯笠原優子、積田奈々、増田千明、島田苑子、水本秀二、井上由起子、井上高良、吉沢隆浩、中山淳、高橋有希、武田伸一、古庄知己、岡田尚巳
  • 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・東北大学川内北キャンパス (仙台)
  • 年月日: 2016-09-26
• [学会発表] デルマタン硫酸の生合成不全によるエーラス・ダンロス症候群の糖鎖生物学的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, 古庄知己, 本田智子,中島正宏, Thomas Muller, 三宅紀子, 籏持淳, 松本直通, Andreas R Janecke, 池川志郎, 菅原一幸, ○山田修平
  • 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（高知）
  • 年月日: 2016-09-03
• [学会発表] 第19回日本糖質学会奨励賞受賞講演：グリコサミノグリカンの生合成異常による骨・皮膚疾患の糖鎖解析と癌転移における役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯水本秀二
  • 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（高知）
  • 年月日: 2016-09-01
  • 招待講演
• [学会発表] Quantification of dermatan sulfate from urine in Ehlers-Danlos syndrome caused by carbohydrate sulfotransferase 14 (CHST14)/dermatan 4-O-sulfotransferase-1 (D4ST1) deficiency (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Atsushi Hatamochi, Tomoko Honda, Shuhei Yamada, and Kazuyuki Sugahara
  • 学会等名: XXVIII International Carbohydrate (ICS2016)
  • 発表場所: Marriott Hotel (New Orleans, USA)
  • 年月日: 2016-07-19
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple fractures and severe osteoporosis caused by mutations in a glycosyltransferase responsible for biosynthesis of glycosaminoglycans (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯Shuji Mizumoto, Florian Job, Laurie Smith, Natario Couser, Ashley Brazil, Howard Saul, Melanie Patterson, Margaret I. Gibson, Sarah Soden, Neil Miller, Isabelle Thiffault, Carol Saunders, Shuhei Yamada, Katrin Hoffman, Kazuyuki Sugahara, Emily Farrow
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2016)
  • 発表場所: The Hospital for Sick Children (Tronto, Canada)
  • 年月日: 2016-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] エーラス・ダンロス症候群患者由来の尿中デルマタン硫酸の定量 (2016)
  • 著者名/発表者名: ◯水本秀二, 古庄知己, 籏持淳, 本田智子, 山田修平, 菅原一幸
  • 学会等名: 第８０回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム
  • 発表場所: 三重大学講堂（津）
  • 年月日: 2016-05-21
• [備考] 名城大学薬学部病態生化学研究室ホームページ
  • URL: http://www-yaku.meijo-u.ac.jp/Research/Laboratory/pathobio/index.html