プロテオグリカンとフィラミンのクロストークとその変異による遺伝性骨疾患

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07054
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 水本 秀二 名城大学, 薬学部, 准教授 (40443973)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: フィラミン / プロテオグリカン / グリコサミノグリカン / B3GAT3 / CSGALNACT1 / CANT1 / コンドロイチン硫酸 / ヘパラン硫酸

研究実績の概要

本研究では細胞内フィラミンと細胞外コンドロイチン硫酸/デルマタン硫酸/ヘパラン硫酸(CS/DS/HS)-プロテオグリカンのクロストークについて明らかにし、それらの遺伝性骨・皮膚疾患の発症機序についても解明することを目的とする。今年度は、フィラミンB (FLNB) に変異をもつラーセン症候群患者由来の線維芽細胞を用いて、CS・DS・HSの二糖総量を調べた。健常人およびラーセン症候群由来の線維芽細胞における各糖鎖の二糖組成および二糖量では有意差はなかったが、二糖量については患者由来の細胞で増加傾向を示した。また、コンドロイチン硫酸N-アセチルガラクトサミン転移酵素1 (CSGALNACT1)の複合ヘテロ接合変異あるいはホモ接合変異が進行性の骨過形成を伴う骨異形成症を発症することを見出した。2人の患者は、特徴的顔貌と進行性の骨化を伴う脊椎骨端異形成症を呈した。組換え型のCSGALNACT1-wild-typeと比較して、CSGALNACT1-p.Asn264Serおよび-p.Asp432TyrはGalNAc転移酵素活性が顕著に低下した。さらに健常人由来の培養線維芽細胞と比較して、患者由来の細胞ではCS鎖の本数が有意に減少していた。グルクロン酸転移酵素-I (GlcAT-I)のヘテロ接合変異 (R169W/R225X)とCANT1のホモ接合変異(E215K)により、偽性捻曲性骨異形成症を発症することを見出した。偽性捻曲性骨異形成症は四肢が短く、低身長、顔面異形成などの重篤な骨格異常を示し、新生児期あるいは乳児期に死亡する。組換え型GlcAT-I (R169W, R225X)の糖転移活性を測定したところ、野生型のGlcAT-Iと比較して顕著に活性が低下していた。さらに、患者由来の線維芽細胞においてもGlcAT-I活性が低下し、CSが減少していた。また、野生型のCANT1と比較して、組換え型E215K-CANT1は顕著にヌクレオチダーゼ活性が低下していた。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文4報を発表し、学会での発表を21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4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) ラーセン症候群患者由来の線維芽細胞においてグリコサミノグリカンの生合成量が低下していた。2) コンドロイチン硫酸N-アセチルガラクトサミン転移酵素-1 (CSGALNACT1)の変異により、重篤な遺伝性の骨異形成症を発症することを見出した。3) グルクロン酸転移酵素-I (B3GAT3)およびカルシウム活性型ヌクレオチダーゼ(CANT1)の新規変異により、偽性捻曲性骨異形成症が発症することを見出した。4) デルマタン硫酸エピメラーゼの新規変異により、エーラス・ダンロス症候群が発症することを見出した。5) コンドロイチン硫酸分解酵素(HYAL4)が肥満細胞のコンドロイチン硫酸の代謝に関与していることを見出した。これら成果の一部を国際誌 (Human Mutation、Journal of Medical Genetics、Journal of Biological Chemistry、Molecular Genetics & Genomic Medicine、) 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4報、学会での発表を21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

フィラミンBに加えてフィラミンAやフィラミンCに変異を有する遺伝性の骨系統疾患患者由来の線維芽細胞や各ノックアウトマウス由来の軟骨や細胞を用いて、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸の生合成の制御と遺伝性の結合組織疾患との関連について研究し、これらの糖鎖およびフィラミンの合成不全や変異に基づく骨系統疾患や皮膚異常症に対する発症メカニズムを明らかにする。さらに、フィラミンAおよびフィラミンB欠損細胞におけるシグナル伝達への影響を調べる。また、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸の欠損株やこれらの糖鎖の生合成不全をきたした患者由来の細胞・検体を用いて、フィラミンAおよびフィラミンBの合成への影響を調べる。これらの変異による遺伝病の診断法の確立や、創薬シーズの発掘を目指す。

次年度使用額が生じた理由

2020年3月25日から開催される予定であった日本薬学会第140回年会の開催が新型コロナウイルスの影響で中止となったため、その出張費が残額となった。

備考

Proteoglycans Future Leaders Symposium 2019でChair personを務めた(2019/9/29)。
水本秀二：名城大学総合研究所 難治性疾患発症メカニズム研究センター 第１回セミナー（招待講演）。
「プロテオグリカン糖側鎖の生合成不全に起因する遺伝性の骨・関節・皮膚・心臓・免疫・神経疾患」2020/2/15,（名古屋）

研究成果

• [国際共同研究] University of Otago/University of Auckland(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/University of Auckland
• [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
• [国際共同研究] University of New South Wales/University of Melbourne/University of South Australia(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of New South Wales/University of Melbourne/University of South Australia
• [国際共同研究] Ghent University(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: Ghent University
• [国際共同研究] Aalborg University(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: Aalborg University
• [雑誌論文] Pseudodiastrophic dysplasia expands the known phenotypic spectrum of defects in proteoglycan biosynthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Alicia B. Byrne, Shuji Mizumoto, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W. Schreiber, Milena Babic, Sarah L. King-Smith, Christopher P. Barnett, Lynette Moore, Kazuyuki Sugahara, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E. Liebelt, Shuhei Yamada, Ravi Savarirayan, Hamish S. Scott
  • 雑誌名: Journal of Medical Genetics 巻: 57 ページ: 454, 460
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2019-106700
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Delineation of musculocontractural Ehlers-Danlos Syndrome caused by dermatan sulfate epimerase deficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Charlotte Kvist Lautrup, Keng Wee Teik, Ai Unzaki, Shuji Mizumoto, Delphien Syx, Heng Hock Sin, Irene Kibaek Nielsen, Sara Markholt, Shuhei Yamada, Fransiska Malfait, Naomichi Matsumoto, Noriko Miyake, Tomoki Kosho
  • 雑誌名: Molecular Genetics & Genomic Medicine 巻: 8 ページ: e1197
  • DOI: 10.1002/mgg3.1197
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CSGALNACT1-congenital disorder of glycosylation: A mild skeletal dysplasia with advanced bone age (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Gundula Povysil, Marie T. McDonald, Sheila Unger, Susanne Greber-Platzer, Kristen L. Deak, Task Force for Neonatal Genomics, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, Erica E. Davis, Shuhei Yamada, Julia Vodopiutz
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: 41 ページ: 655, 667
  • DOI: 10.1002/humu.23952
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Congenital Disorders Caused by Defects in Anabolism of Glycosaminoglycans (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada
  • 雑誌名: Trends in Glycoscience and Glycotechnology 巻: 32 ページ: E45, E51
  • DOI: 10.4052/tigg.1759.1E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyaluronidase-4 is produced by mast cells and can cleave serglycin chondroitin sulfate chains into lower molecular weight forms (2019)
  • 著者名/発表者名: Brooke L. Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan S. Lord, Robert L. O’Grady, Rhiannon P. Kuchel, Shuhei Yamada, John M. Whitelock
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 11458, 11472
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.008647
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional Analysis of Dermatan Sulfate and Chondroitin Sulfate (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto
  • 雑誌名: Trends in Glycoscience and Glycotechnology 巻: 31 ページ: SE98, SE99
  • DOI: 10.4052/tigg.1946.2SE
• [雑誌論文] コンドロイチン/デルマタン硫酸の生合成不全による遺伝性の骨・皮膚疾患と肺がん転移の分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 139 ページ: 1495, 1500
  • DOI: 10.1248/yakushi.19-00140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Advances in the Pathophysiology of Musculocontractural Ehlers-Danlos Syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kosho, Shuji Mizumoto, Takafumi Watanabe, Takahiro Yoshizawa, Noriko Miyake, Shuhei Yamada
  • 雑誌名: Genes 巻: 11 ページ: E43
  • DOI: 10.3390/genes11010043
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 遺伝性の骨系統疾患を引き起こすキシロース転移酵素のアミノ酸変異による酵素活性への影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤有美, 山田修平, 水本秀二
  • 学会等名: 日本薬学会第140回年会、京都、3/26
• [学会発表] CSGALNACT1の機能喪失型の変異は骨異形成症を引き起こす (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Gundula Povysil, Marie T. McDonald, Sheila Unger, Susanne Greber-Platzer, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, 菅原一幸, Erica E. Davis, 山田修平, Julia Vodopiutz
  • 学会等名: 日本薬学会第140回年会、京都、3/28
• [学会発表] Paternal Isodisomy and Blended Phenotypes: A Pediatric Case with Mosaic Trisomy 8 and a Homozygous CSGALNACT1 Missense Variant (2019)
  • 著者名/発表者名: Azita Sadeghpour, J. K. Holsclaw, M. T. McDonald, W. B. Gallentine, J. Vodopiutz, A. R. Janecke, S. Yamada, S. Mizumoto, E. E. Davis , N. Katsanis, Task Force for Neonatal Genomics
  • 学会等名: American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) Annual Clinical Genetics Meeting, Seattle, U.S.A., 4/6
  • 国際学会
• [学会発表] Lunatic Fringe (LFNG)の機能喪失変異による脊椎肋骨異骨症 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, 武田和樹, 大伴直央, 山田修平, 池川志郎
  • 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、名古屋、5/25
• [学会発表] Human mast cells produce the mammalian chondroitinase, hyaluronidase 4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Brooke L. Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan S. Lord, Shuhei Yamada, and John M. Whitelock
  • 学会等名: 9th EMBRN International Mast Cell and Basophil Meeting / A Marcus Wallenberg symposium, Uppsala, Sweden, 6/17
  • 国際学会
• [学会発表] Biallelic loss-of-function mutations in CSGALNACT1 cause a skeletal dysplasia with advanced bone age (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Gundula Povysil, Marie T. McDonald, Sheila Unger, Susanne Greber-Platzer, Task Force for Neonatal Genomics, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, Kazuyuki Sugahara, Erica E. Davis, Shuhei Yamada, Julia Vodopiutz
  • 学会等名: 43rd Human Genetics Society of Australasia Annual Scientific Meeting (HGSA2019), Wellington, New Zealand, 8/4
  • 国際学会
• [学会発表] 脊椎骨端骨幹端異形成症患者のリンパ芽球様細胞株の産生するヘパラン硫酸の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤亨、水本秀二、大橋博文、逆井悦子、Nursel H Elcioglu、三宅紀子、松本直通、池川志郎、山田修平
  • 学会等名: 第38回日本糖質学会年会、名古屋、8/20
• [学会発表] コンドロイチン硫酸の生合成を担うCSGALNACT1の変異は骨異形成症を発症する (2019)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Gundula Povysil, Marie T. McDonald, Sheila Unger, Susanne Greber-Platzer, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, 菅原一幸, Erica E. Davis, 山田修平, Julia Vodopiutz
  • 学会等名: 第38回日本糖質学会年会、名古屋、8/21
• [学会発表] プロテオグリカン糖側鎖の生合成不全に起因する遺伝性の骨・関節・皮膚・心臓・免疫・神経疾患 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会、横浜、9/18
• [学会発表] Defects in biosynthesis of glycosaminoglycan side chains of proteoglycans cause hereditary bone, skin, heart, and immune disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto
  • 学会等名: Proteoglycans Future Leaders Symposium 2019, Kanazawa, 9/29
  • 国際学会
• [学会発表] Loss of galactosyltransferase II, encoded by b3galt6, causes musculoskeletal abnormalities in a zebrafish model for spondylodysplastic Ehlers-Danlos syndrome and reveals the presence of a trisaccharide proteoglycan linker region (2019)
  • 著者名/発表者名: Sarah Delbaere, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Fredrik Noborn, Goran Larson, Jan Willem Bek, Phil L. Salmon, Paul Coucke, Andy Willaert, Fransiska Malfait
  • 学会等名: Proteoglycans Future Leaders Symposium 2019, Kanazawa, 9/29
  • 国際学会
• [学会発表] Two types of heparan sulfate clusters differently regulate Wnt distribution and signaling in Xenopus embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Mii, Takayoshi Yamamoto, Ritsuko Takada, Shuji Mizumoto, Makoto Matsuyama, Shuhei Yamada, Masanori Taira, Shinji Takada
  • 学会等名: Proteoglycans Future Leaders Symposium 2019, Kanazawa, 9/29
  • 国際学会
• [学会発表] A skeletal dysplasia with joint laxity and advanced bone age is caused by loss-of-function mutations in CSGALNACT1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Andreas R. Janecke, Azita Sadeghpour, Erica E. Davis, Kazuyuki Sugahara, Shuhei Yamada, Julia Vodopiutz
  • 学会等名: 11th international Conference on Proteoglyans, Kanazawa, 9/30
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of heparan sulfate produced by lymphoblastoid cell lines in patients with spondylo-epi-metaphyseal dysplasia (2019)
  • 著者名/発表者名: Toru Sato, Shuji Mizumoto, Hirofumi Ohashi, Etsuko Sakasai, Nursel H Elcioglu, Noriko Miyake, Naomichi Matsumoto, Shiro Ikegawa, Shuhei Yamada
  • 学会等名: 11th international Conference on Proteoglyans, Kanazawa, 9/30
  • 国際学会
• [学会発表] Human mast cells produce hyaluronidase 1 and 4, that cleaves chondroitin sulfate chains that decorate serglycin (2019)
  • 著者名/発表者名: Brooke Farrugia, Shuji Mizumoto, Megan Lord, Shuhei Yamada, John Whitelock
  • 学会等名: 11th international Conference on Proteoglyans, Kanazawa, 9/30
  • 国際学会
• [学会発表] Two types of heparan sulfate clusters differently regulate Wnt distribution and signaling in Xenopus embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Mii, Takayoshi Yamamoto, Ritsuko Takada, Shuji Mizumoto, Makoto Matsuyama, Shuhei Yamada, Masanori Taira, Shinji Takada
  • 学会等名: 11th international Conference on Proteoglyans, Kanazawa, 10/1
  • 国際学会
• [学会発表] Loss of galactosyltransferase II, encoded by b3galt6, causes musculoskeletal abnormalities in a zebrafish model for spondylodysplastic Ehlers-Danlos syndrome and reveals the presence of a trisaccharide proteoglycan linker region (2019)
  • 著者名/発表者名: Sarah Delbaere, Shuji Mizumoto, Shuhei Yamada, Fredrik Noborn, Goran Larson, Jan Willem Bek, Phil L. Salmon, Paul Coucke, Andy Willaert, Fransiska Malfait
  • 学会等名: 11th international Conference on Proteoglyans, Kanazawa, 10/2
  • 国際学会
• [学会発表] Clinical, biochemical, and pathological investigation of a patient with musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by a novel pathogenic variant in DSE (2019)
  • 著者名/発表者名: Mari Minatogawa, Shuji Mizumoto, Takuya Hirose, Tomomi Yamaguchi, Keiko Wakui, Takafumi Watanabe, Shuhei Yamada, Tomoki Kosho
  • 学会等名: American Society of Human Genetics (ASHG) 2019, Huston, U.S.A., 10/16
  • 国際学会
• [学会発表] 新規DSE変異による筋拘縮型エーラスダンロス症候群の日本人第1例における臨床的・糖鎖医学的・病理学的特徴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 湊川真理、水本秀二、広瀬拓哉、山口智美、長江千愛、瀧 正志、涌井敬子、渡邉敬文、山田修平、古庄知己
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会、長崎、11/8
• [学会発表] Chst14遺伝子欠損マウスを用いた筋拘縮型エーラスダンロス症候群(mcEDS)の血管・皮膚症状の病態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉沢隆浩、嶋田 新、高橋有希、水本秀二、山田修平、古庄知己
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会、長崎、11/8
• [学会発表] Proteoglycan defect-related EDS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto
  • 学会等名: Scientific Meeting on The Rare Types of Ehlers-Danlos Syndromes, Tokyo, 11/19
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] コラム11：プロテオグリカンと病気、pp. 268-272、「糖鎖生物学 (生命現象と糖鎖情報)」、編集：北島健、佐藤ちひろ、門松健治、加藤晃一 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、山田修平
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: 名古屋大学出版会
  • ISBN: 978-4-8158-0981-2
• [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