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

2020 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 / CHST14 / B3GALT6 / ゼブラフィッシュ / 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A (FLNA) およびTAK1に変異をもつ耳口蓋指症候群および前頭骨幹端異形成症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。健常人および前頭骨幹端異形成症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1.2～2.2倍程度増加していた。
デルマタン硫酸エピメラーゼ (DSE)の変異が筋拘縮型のエーラス・ダンロス症候群を発症することを見出した。患者は、特徴的顔貌と皮膚の過伸展、結合組織の脆弱性を呈した。患者1では、DSEの320番目のチロシンがナンセンス変異を起こしていた。他方の患者では、DSEの333番目のバリンがシステインに置換し、さらにフレームシフトでその4アミノ酸後に終始コドンを引き起こす変異であった。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DSが有意に減少していた。
筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群のモデル動物であるデルマタン4-O-硫酸基転移酵素 (D4ST/CHST14)のノックアウトマウスでは、皮膚のコラーゲン繊維束が乱れ、DSの合成量も低下していた。
脊椎異形成型エーラス・ダンロス症候群のゼブラフィッシュモデルであるb3galt6ノックアウトゼブラフィッシュでは、頭部が短く、胸鰭・背鰭・尾鰭の形成が異常であった。さらにb3galt6-KOゼブラフィッシュではCS/DSが有意に減少していたが、HSには差がなかった。
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11回行った。

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

おおむね順調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) 耳口蓋指症候群および前頭骨幹端異形成症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増加していた。2) デルマタン硫酸エピメラーゼ (DSE)の変異により、筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群を発症することを見出した。3) 筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群のマウスモデルでは、皮膚が過伸展を示し、DSの合成量も低下し、コラーゲン繊維束が形成されにくいことを見出した。4) 脊椎異形成型エーラス・ダンロス症候群のゼブラフィッシュモデルであるb3galt6ノックアウトゼブラフィッシュでは、CS/DSが減少し、HSの量に差はなかった。
これら成果の一部を国際誌 (Journal of Medical Genetics、Molecular Genetics & Genomic Medicine、Glycobiology、Frontiers in Cell and Developmental Biology) 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11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Aに加えてフィラミン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、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタ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欠損細胞におけるタンパク質発言の影響をRNAseqで調べる。また、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタ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。

備考

招待講演：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2回セミナー
「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・皮膚疾患」2021/1/23,（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] 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] 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] 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] Systematic investigation of the skin in Chst14－/－ mice: a model for skin fragility in musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by CHST14 variants (mcEDS-CHST14) (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hirose*, Shuji Mizumoto*, Ayana Hashimoto, Yuki Takahashi, Takahiro Yoshizawa, Yuko Nitahara-Kasahara, Naoki Takahashi, Jun Nakayama, Kazushige Takehana, Takashi Okada, Yoshihiro Nomura, Shuhei Yamada, Tomoki Kosho, Takafumi Watanabe (*equal contribution)
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 31 ページ: 137, 150
  • DOI: 10.1093/glycob/cwaa058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Memories of Professor Kazuyuki Sugahara (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto
  • 雑誌名: Trends in Glycoscience and Glycotechnology 巻: 33 ページ: E49, E50
  • DOI: 10.4052/tigg.2102.7E
  • オープンアクセス
• [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] b3galt6 knock-out zebrafish recapitulate β3GalT6-deficiency disorders in human and reveal a trisaccharide proteoglycan linkage region (2020)
  • 著者名/発表者名: Sarah Delbaere, Adelbert De Clercq, Shuji Mizumoto, Fredrik Noborn, Jan Willem Bek, Lien Alluyn, Charlotte Gistelinck, Delfien Syx, Phil L. Salmon, Paul J. Coucke, Goran Larson, Shuhei Yamada, Andy Willaert, Fransiska Malfait
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 597857
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.597857
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Congenital Disorders Caused by Defects in Catabolism of Glycosaminoglycans (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yamada, Shuji Mizumoto
  • 雑誌名: Trends in Glycoscience and Glycotechnology 巻: 32 ページ: E127, E133
  • DOI: 10.4052/tigg.1968.1E
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼあるいはグルクロン酸転移酵素-Iの変異による偽性捻曲性骨異形成症 (2021)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • 学会等名: 糖鎖科学中部拠点 第16回若手の力 フォーラム、名古屋、1/22
• [学会発表] カルシウム活性型ヌクレオチダーゼ1(CANT1)とβ3グルクロン酸転移酵素3(B3GAT3)の機能喪失型変異は偽性捻曲性骨異形成症を引き起こす (2021)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • 学会等名: 日本薬学会第141回年会、広島、3/27
• [学会発表] グルクロン酸転移酵素-Iおよびウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼの変異による偽性捻曲性骨異形成症 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Alicia B Byrne, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W Schreiber, Milena Babic, Sarah L King-Smith, Christopher P Barnett, Lynette Moore, 菅原一幸, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E Liebelt, 山田修平, Ravi Savarirayan, Hamish S Scott
  • 学会等名: 第84回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム、名古屋、5/24
• [学会発表] Pathogenic variants in glucuronyltransferase-I and calcium-activated nucleotidase-1 cause pseudodiastrophic dysplasia (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Alicia B Byrne, 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
  • 学会等名: 12th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2020), Boston (U.S.A.), 6/21
  • 国際学会
• [学会発表] 偽性捻曲性骨異形成症はグルクロン酸転移酵素-Iおよびウリジン二リン酸ヌクレオチダーゼの変異によって発症する (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二, Alicia B Byrne, Peer Arts, Patrick Yap, Jinghua Feng, Andreas W Schreiber, Milena Babic, Sarah L King-Smith, Christopher P Barnett, Lynette Moore, 菅原一幸, Hatice Mutlu-Albayrak, Gen Nishimura, Jan E Liebelt, 山田修平, Ravi Savarirayan, Hamish S Scott
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会、横浜、9/14
• [学会発表] グリコサミノグリカンの生合成異常による遺伝性の骨・皮膚疾患 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二
  • 学会等名: 第52回日本結合組織学術大会、大府、9/19
  • 招待講演
• [学会発表] A pseudodiastrophic dysplasia is caused by pathogenic variants in calcium-activated nucleotidase-1 and glucuronyltransferase-I (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuji Mizumoto, Alicia B Byrne, Kazuyuki Sugahara, Shuhei Yamada, Hamish S Scott
  • 学会等名: 2020 Annual Meeting of the Society for Glycobiology, U.S.A., 11/9
  • 国際学会
• [学会発表] UDPヌクレオチダーゼおよびGlcAT-Iの変異は偽性捻曲性骨異形成症を発症する (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、Alicia B Byrne、Peer Arts、Patrick Yap、Jinghua Feng、Andreas W Schreiber、Milena Babic、Sarah L King-Smith、Christopher P Barnett、Lynette Moore、菅原一幸 、Hatice Mutlu-Albayrak、西村玄、Jan E Liebelt、山田修平、Ravi Savarirayan、Hamish S Scott
  • 学会等名: 第39回日本糖質学会年会、東京、11/21
• [学会発表] A skeletal dysplasia with advanced bone age is caused by pathogenic variants in CSGALNACT1 (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, Nicholas Katsanis, Andrea Superti-Furga, Kazuyuki Sugahara, Erica E. Davis, Shuhei Yamada, Julia Vodopiutz
  • 学会等名: 12th Pan Pacific Connective Tissue Societies Symposium 2020, Melbourne (Australia), 11/24
  • 国際学会
• [学会発表] The role of glycosaminoglycans and their degrading enzymes in inflammatory cell homeostasis (2020)
  • 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: 12th Pan Pacific Connective Tissue Societies Symposium 2020, Melbourne (Australia), 11/26
  • 国際学会
• [学会発表] デルマタン硫酸の生合成異常によるエーラス・ダンロス症候群における糖鎖生化学的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水本秀二、山田修平
  • 学会等名: 第１回日本エーラス・ダンロス研究会、松本、12/12
• [備考] ORCID
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-4641-1505
• [備考] Google Scholar
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?hl=ja&user=b0ZTepcAAAAJ
• [備考] Researchmap
  • URL: http://www-yaku.meijo-u.ac.jp/Research/Laboratory/pathobio/index.html