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

2018 年度 実績報告書

• 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: Golgin / プロテオグリカン / グリコサミノグリカン / GORAB / LFNG / 結合組織疾患 / 脊椎肋骨異骨症

研究実績の概要

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(GAG)の生合成調節機構とGolginやGAG生合成酵素の変異による遺伝性骨・皮膚疾患における発症メカニズムの解明を目的とする。今年度は、Notch受容体上の糖側鎖 (-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia; Fuc、GlcNAc、Gal、Siaはそれぞれ、フコース、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース、シアル酸を示す) の生合成過程におけるGlcNAc残基の付加に関与しているLunatic Fringe (LFNG)の複合ヘテロ接合変異 (p.Leu156Arg/p.Arg286Trp、p.Lys124Asnfs*/p.Asp201Asn) を持つ2人の日本人脊椎肋骨異骨症患者を見出した。脊椎肋骨異骨症は、肋骨の融合や欠損、椎骨の多発性分節異常に起因する融合や欠損などを特徴とする骨系統疾患である。患者では短勁、短体幹、側弯、胸郭不全、重篤な側弯症および多発性の椎骨形成異常を示した。野生型LFNGと比較して、変異型LFNG（LFNG-p.Leu156Arg, -p.Arg286Trp, -p.Asp201Asn）はGlcNAc転移酵素活性が顕著に低下していた。これらの知見から、患者ではLFNG変異によって糖転移活性が低下し、糖側鎖 (-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia) の合成異常を引き起こし、その結果、脊椎肋骨異骨症を発症すると推察された。したがって、LFNGあるいは-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia糖鎖が椎骨の発達に必要であることが示された。しかしながら、LFNGの役割や-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia側鎖の機能には不明な点が多い。今後、患者由来の細胞を用いた機能解析が必要であろう。
これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文3報を発表し、学会での発表を19回行った。

備考

水本秀二、National Glycoengineering Research Center (NGRC) Seminar, Shandong University, Quindao, China、2018年6月21日.

研究成果

• [国際共同研究] Charite Universitatsmedizin Berlin/Max-Planck-Institut(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Charite Universitatsmedizin Berlin/Max-Planck-Institut
• [国際共同研究] Marmara University Medical School(トルコ)
  • 国名: トルコ
  • 外国機関名: Marmara University Medical School
• [国際共同研究] University of Otago(ニュージーランド)
  • 国名: ニュージーランド
  • 外国機関名: University of Otago
• [国際共同研究] The University of New South Wales/The University of Melbourne(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: The University of New South Wales/The University of Melbourne
• [国際共同研究] Medical University of Innsbruck(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Medical University of Innsbruck
• [雑誌論文] Identification of Novel LFNG Mutations in Spondylocostal Dysostosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nao Otomo, Shuji Mizumoto, Hsing-Fang Lu, Kazuki Takeda, Belinda Campos-Xavier, Laureane Mittaz-Crettol, Long Guo, Kazuharu Takikawa, Masaya Nakamura, Shuhei Yamada, Morio Matsumoto, Kota Watanabe, Shiro Ikegawa
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 64 ページ: 261-264
  • DOI: 10.1038/s10038-018-0548-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural alteration of glycosaminoglycan side chains and spatial disorganization of collagen networks in the skin of patients with mcEDS-CHST14 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hirose, Naoki Takahashi, Prasarn Tangkawattana, Jun Minaguchi, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Noriko Miyake, Shujiro Hayashi, Atsushi Hatamochi, Jun Nakayama, Tomomi Yamaguchi, Ayana Hashimoto, Yoshihiro Nomura, Kazushige Takehana, Tomoki Kosho, and Takafumi Watanabe
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1863 ページ: 623-631
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2018.12.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening of known disease genes in congenital scoliosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Takeda, Ikuyo Kou, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Noriaki Kawakami, Masahiro Nakajima, Nao Otomo, Yoji Ogura, Noriko Miyake, Naomichi Matsumoto, Toshiaki Kotani, Hideki Sudo, Ikuho Yonezawa, Koki Uno, Hiroshi Taneichi, Kei Watanabe, Hideki Shigematsu, Ryo Sugawara, et al
  • 雑誌名: Molecular Genetics & Genomic Medicine 巻: 6 ページ: 966-974
  • DOI: 10.1002/mgg3.466.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヘパラン硫酸生合成酵素であるEXTL3の変異は免疫異常を伴う新たなタイプの脊椎骨端骨幹端異形成症を引き起こす (2018)
  • 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 Nishimura1, Shiro Ikegawa
  • 学会等名: 日本生化学会中部支部第82回例会・シンポジウム、岐阜、5/19
• [学会発表] A novel type of spondylo-epi-metaphyseal dysplasia with immuno-deficiency caused by mutation in EXTL3 encoding a glycosyltransferase responsible for biosynthesis of heparan sulfate (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Long Guo, Nursel H Elcioglu, Zheng Wang, Bilge Noyan, Hatice M Albayrak, Naomichi Matsumoto, Noriko Miyake, Gen Nishimura, Shuhei Yamada, and Shiro Ikegawa
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Glycosyltransferases, Qingdao, China, 6/19
  • 国際学会
• [学会発表] 平成30年度日本薬学会東海支部学術奨励賞受賞講演 「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」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 学会等名: 第64回日本薬学会東海支部 総会・大会、名古屋、6/30
  • 招待講演
• [学会発表] リンパ芽球様細胞株の産生するグリコサミノグリカンの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 篠田はるか、持永磨奈美、伊藤有沙、水本秀二、逆井悦子、大橋博文、山田修平
  • 学会等名: 第64回日本薬学会東海支部 総会・大会、名古屋、6/30
• [学会発表] ルイス肺がん細胞の腫瘍形成におけるRAGE欠損の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木麻未、幸村省吾、水本秀二、菅原一幸、山田修平
  • 学会等名: 第64回日本薬学会東海支部 総会・大会、名古屋、6/30
• [学会発表] McEDS-CHST14患者におけるデコリン糖鎖変異のI型コラーゲン細線維形成に及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本綾菜、野村義宏、広瀬拓哉、竹花一成、美名口順、水本秀二、山田修平、古庄知己、笠原優子、岡田尚巳
  • 学会等名: 第50回 日本結合組織学会学術大会、福岡、6/29
• [学会発表] ナノ液体クロマトグラフィータンデム質量分析法を用いたエーラス・ダンロス症候群の診断法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田和夫、渡辺淳、古庄知己、水本秀二、山田修平、竹下治男、松本健一
  • 学会等名: 第50回 日本結合組織学会学術大会、福岡、6/30
• [学会発表] Structural studies on heparan sulfate produced by the lymphoblastoid cell lines prepared from a patient with a mutation in EXTL3 and embryonic cells from Extl3-deficient mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yamada, Shuji Mizumoto, Hirofumi Ohashi, Etsuko Sakasai, Nursel H Elcioglu, Noriko Miyake, Naomichi Matsumoto, Daisuke Ibi, Akira Sugawara, and Shiro Ikegawa
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Proteoglycans 2018, Andover, Poster, USA, 7/8-13
  • 国際学会
• [学会発表] The mammalian chondroitinase, hyaluronidase 4, is produced by human mast cells: its role in modulating the structure of chondroitin sulfate and regulating tissue remodeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Brooke L. Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan S. Lord, James Melrose, Shuhei Yamada, Bruce Caterson, and John M. Whitelock
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Proteoglycans 2018, , Andover, Poster, USA, 7/8-13
  • 国際学会
• [学会発表] 免疫異常を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症はヘパラン硫酸の生合成を担うEXTL3の変異により引き起こされる (2018)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Long Guo, Nursel H Elcioglu, Zheng Wang, Bilge Noyan, Hatice M Albayrak,松本直通, 三宅紀子, 西村玄, 山田修平, 池川志郎
  • 学会等名: 第37回日本糖質学会年会、仙台、8/30
• [学会発表] ヘパラン硫酸の生合成を担うEXTL3の変異は免疫不全を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症を引き起こす (2018)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Long Guo, Nursel H Elcioglu, Zheng Wang, Bilge Noyan, Hatice M Albayrak, 松本直通, 三宅紀子, 西村玄, 山田修平, 池川志郎
  • 学会等名: 糖鎖科学中部拠点 第15回若手の力 フォーラム、静岡、9/6
• [学会発表] A mouse model for gerodermia osteodysplastica, Gorab-null mice, shows a reduction in glycosaminoglycans (2018)
  • 著者名/発表者名: Wing Lee Chan, Magdalena Steiner Tomasz Witkos, Johannes Egerer, Bjorn Busse, Shuji Mizumoto, et al.
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会、京都、9/24
• [学会発表] Musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by a CHST14 deficiency results in defect in urinary dermatan sulfate (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Tomoki Kosho, Atsushi Hatamochi, Tomoko Honda, Tomomi Yamaguchi, Nobuhiko Okamoto, Noriko Miyake, Kazuyuki Sugahara, Shuhei Yamada
  • 学会等名: The International Symposium on the Ehlers-Danlos Syndromes (EDS2018),Ghent, Belgium, 9/27
  • 国際学会
• [学会発表] Pathophysiological investigation of musculocontractural EDS caused by mutations in CHST14 using knock-out mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yoshizawa, Shuji Mizumoto, Yuki Takahashi, Shin Shimada, Kazuyuki Sugahara, Jun Nakayama, Shin’ichi Takeda, Yoshihiro Nomura, Yuko Nitahara-Kasahara, Takashi Okada, Kiyoshi Matsumoto, Shuhei Yamada, Tomoki Kosho
  • 学会等名: The International Symposium on the Ehlers-Danlos Syndromes (EDS2018),Ghent, Belgium, 9/28
  • 国際学会
• [学会発表] Structural alteration of glycosaminoglycan side chains and spatial disorganization of collagen networks in the skin of patients with musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by CHST14/D4ST1 deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kosho, Takuya Hirose, Naoki Takahashi, Prasarn Tangkawattana, Jun Minaguchi, Shuji Mizumoto Shuhei Yamada; Noriko Miyake, Atsushi Hatamochi, Jun Nakayama, Tomomi Yamaguchi, Kazushige Takehana
  • 学会等名: American Society of Human Genetics (ASHG) 2018, San Diego, USA, 10/19
  • 国際学会
• [学会発表] The mammalian chondroitinase, hyaluronidase 4, is produced by human mast cells and generates chondroitin sulfate cleavage neo-epitopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Brooke Farrugia, Megan Lord, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Bruce Caterson, John Whitelock
  • 学会等名: The AWTRS/MEPSA/ASDR Cutaneous Biology Meeting 2018, Brisbane, Australia
  • 国際学会
• [学会発表] 骨・関節疾患におけるコンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 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2018、静岡、11/4
  • 招待講演
• [学会発表] Human mast cells produce the mammalian chondroitinase, hyaluronidase 4, and generate unique chondroitin sulphate structures (2018)
  • 著者名/発表者名: Brooke L. Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan S. Lord, Shuhei Yamada, Bruce Caterson, and John M. Whitelock
  • 学会等名: Matrix Biology Society of Australia and New Zealand, Annual Meeting 2018, Auckland, New Zealand, 12/6
  • 国際学会
• [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
• [備考] 受賞等：水本秀二、平成30年度日本薬学会東海支部学術奨励賞、2018年6月30日.
• [備考] 招待講演：水本秀二、神戸薬科大学・特別研究セミナー(神戸)、2018年6月13日.