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2022 年度 実績報告書

スフィンゴ糖脂質による慢性炎症制御の新機軸

研究課題

研究課題/領域番号 20H03452
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, 特任教授 (70131810)

研究分担者 新田 昂大  東北医科薬科大学, 薬学部, ポスト・ドクター (30847976)
狩野 裕考  東北医科薬科大学, 薬学部, 助教 (40774279)
稲森 啓一郎  東北医科薬科大学, 薬学部, 准教授 (70710375)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワードガングリオシドGM3 / TLR4 / Caspase4/11 / マクロファージ / パイロトーシス / 敗血症モデル
研究実績の概要

我々は、極長鎖GM3は、第二のリポ多糖受容体:Casp4/11を介した炎症性細胞死:パイロトーシスを大きく亢進させ、反対に、長鎖GM3は 、それらの応答を強く抑制することを見出した。TLR4活性化によって産生されるサイトカインのうち、TNF-αを含む多くのサイトカインは分泌シグナルをもち、刺激後、すみやかに放出されるが、IL-1αなどの一部のサイトカインは分泌シグナルをもたず、TLR4活性化に加えて、Casp4 /11およびGsdmDを介した細胞膜ポア形成によって放出される。極長鎖GM3によるIL-1α放出の促進は、これらの因子を経由しており、加えて、G alectin-3存在下でその応答がさらに促進されることも見出した。
そこで、GM3分子種とCasp4/11の直接の相互作用を検討するため、リコンビナントCasp4: rCASP4(C258A)を調製し、GM3C24, C18, C16, C12およびLacCerC24のrCASP4(C258A)のオリゴマー化に対する影響を検討した。その結果、VLCFA-GM3(GM3C24)は活性化オリゴマー(Octamer)の形成を強力に促進し、LCFA-GM3(GM3C16, GM3C12)ではOctamerは形成されなかった。LacCerC24には効果が認められず、GM3の糖鎖構造末端のシアル酸残基とアシル鎖の長さがCASP4との相互作用にクリティカルであることが明らかとなった。
次に、敗血症モデルを用いてGM3分子種のin vivoにおける作用を検討したところ、LPS投与によって敗血症ショックを誘導したマウスの腹腔内にVLCFA-GM3(GM3C24)を投与すると、IL-1αの血中濃度が有意に上昇した。一方、LCFA-GM3 (GM3C16)の投与は、TNFおよびIL-1α血中濃度が有意に低下しており、明らかな抗炎症効果を確認した。

現在までの達成度 (区分)
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

敗血症モデルを用いてGM3分子種のin vivoにおける作用を検討したところ、LPS投与によって敗血症ショックを誘導したマウスの腹腔内にVLCFA-GM3(GM3C24)を投与すると、IL-1αの血中濃度が有意に上昇した。一方、LCFA-GM3 (GM3C16)の投与は、TNFおよびIL-1α血中濃度が有意に低下しており、明らかな抗炎症効果を確認した。

今後の研究の推進方策

パイロトーシスの研究は、主にマクロファージを用いて行われてきたが、リンパ球、上皮細胞、神経細胞、心筋細胞、肝細胞など様々な細胞がパイロトーシスを起こし得る。自己免疫疾患や自己炎症性疾患の病態では、いずれもパイロトーシスが深く関わっていることが次々と示されている。炎症抑制性GM3分子種であるLCFA-GM3は単球をLPSおよびHMGB1の刺激した際のTLR4活性化および非古典的経路であるCaspase 4/11の活性化を介するパイロトーシスを強力に抑制することを見出しており、単球に加えて膵β細胞、脂肪細胞および糖尿病合併症である糖尿病性腎症、糖尿病性心筋症、糖尿病性網膜症、糖尿病性末梢神経障害の研究に用いられている以下のモデル細胞株を用いて、LPS類縁体、HMGB1およびHigh glucoseやAGE-BSA刺激に対するLCFA-GM3の有効性(パイロトーシスに対する抑制効果、etc)を検討することを1年後の目標とする。
1.膵β細胞株 MIN6β細胞株 2.脂肪細胞株 3T3-L1脂肪細胞株 3.糖尿病性腎症(DN): HK-2 podocyte細胞株 4.糖尿病性心筋症(DCM): AC16心筋細胞株 5.糖尿病性網膜症(DR):正常ヒト網膜周皮細胞 6.糖尿病性末梢神経障害(DPN): RSC96 Schwann細胞株

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Sialyltransferase Activity Assay for Ganglioside GM3 Synthase2023

    • 著者名/発表者名
      Inamori Kei-ichiro、Nitta Takahiro、Shishido Fumi、Watanabe Soichiro、Ohno Isao、Inokuchi Jin-ichi
    • 雑誌名

      Methods in Molecular Biology

      巻: 2613 ページ: 101~110

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2910-9_9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mass Spectrometry of Neutral Glycosphingolipids2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Akemi、Silsirivanit Atit、Watanabe Takashi、Matsuda Junko、Inamori Kei-ichiro、Inokuchi Jin-ichi
    • 雑誌名

      Methods in Molecular Biology

      巻: 2613 ページ: 127~144

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2910-9_11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neurological insights on two siblings with GM3 synthase deficiency due to novel compound heterozygous ST3GAL5 variants2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Shiena、Lei Ming、Nakagawa Eiji、Takeshita Eri、Inamori Kei-Ichiro、Shishido Fumi、Sasaki Masayuki、Mitsuhashi Satomi、Matsumoto Naomichi、Kimura Yuiko、Iwasaki Masaki、Takahashi Yuji、Mizusawa Hidehiro、Migita Ohsuke、Ohno Isao、Inokuchi Jin-ichi
    • 雑誌名

      Brain and Development

      巻: 45 ページ: 270~277

    • DOI

      10.1016/j.braindev.2023.01.002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ganglioside GM3 Synthase Deficiency in Mouse Models and Human Patients2022

    • 著者名/発表者名
      Inamori Kei-ichiro、Inokuchi Jin-ichi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 ページ: 5368~5368

    • DOI

      10.3390/ijms23105368

    • 査読あり
  • [雑誌論文] GM3 synthase deficiency increases brain glucose metabolism in mice2022

    • 著者名/発表者名
      Bharathi Sivakama S.、Zhang Bob B.、Paul Eli、Zhang Yuxun、Schmidt Alexandra V.、Fowler Benjamin、Wu Yijen、Tiemeyer Michael、Inamori Kei-ichiro、Inokuchi Jin-ichi、Goetzman Eric S.
    • 雑誌名

      Molecular Genetics and Metabolism

      巻: 137 ページ: 342~348

    • DOI

      10.1016/j.ymgme.2022.10.006

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fond Memories of Professor Sen-itiroh Hakomori2022

    • 著者名/発表者名
      Inokuchi Jin-ichi、Hosono Masahiro
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 172 ページ: 143~145

    • DOI

      10.1093/jb/mvac039

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional validation of novel variants in B4GALNT1 associated with early‐onset complex hereditary spastic paraplegia with impaired ganglioside synthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Alecu Julian Emanuel、Ohmi Yuhsuke、Inamori Kei‐ichiro、Nitta Takahiro、Saffari Afshin、Jumo Hellen、Ziegler Marvin、de Gusmao Claudio Melo、Sharma Nutan、Ohno Shiho、Manabe Noriyoshi、Yamaguchi Yoshiki、Kambe Mariko、Furukawa Keiko、Sahin Mustafa、Inokuchi Jin‐ichi、Furakawa Koichi、Ebrahimi‐Fakhari Darius
    • 雑誌名

      American Journal of Medical Genetics Part A

      巻: 188 ページ: 2590~2598

    • DOI

      10.1002/ajmg.a.62880

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pathophysiological Significance of GM3 Ganglioside Molecular Species With a Particular Attention to the Metabolic Syndrome Focusing on Toll-Like Receptor 4 Binding2022

    • 著者名/発表者名
      Inokuchi Jin-ichi、Kanoh Hirotaka
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Biosciences

      巻: 9 ページ: 1-8

    • DOI

      10.3389/fmolb.2022.918346

    • 査読あり
  • [学会発表] Regulation of Innate Immune Receptors by Gangliosides2022

    • 著者名/発表者名
      Jin-ichi Inokuchi
    • 学会等名
      Sialoglyco2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Regulation of TLR4 Signaling and Inflammatory Cell Death by Glycosphingolipids2022

    • 著者名/発表者名
      Jin-ichi Inokuchi
    • 学会等名
      29th FAOBMB & the 2022 CSBMB Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スフィンゴ糖脂質を介した応用薬理2022

    • 著者名/発表者名
      井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第23回 応用薬理シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] ガングリオシドGM3によるパイロトーシス制御の解析2022

    • 著者名/発表者名
      石川 潮,狩野 裕考,新田 昂大,鈴木 明身,井ノ口 仁一
    • 学会等名
      日本生化学会東北支部第88回例会・シンポジウム
  • [学会発表] 潰瘍性大腸炎患者におけるスフィンゴ糖脂質の発現変化とその意義2022

    • 著者名/発表者名
      稲森 啓一郎,小川 仁,新田 昂大,大川 光,狩野 裕考,遠藤 克哉,佐藤 賢一,中村 保宏c,柴田 近,髙橋 伸一郎,鈴木 明身,井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第64回日本脂質生化学会
  • [学会発表] ガングリオシド分子種による自然免疫応答・炎症性細胞死の制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      狩野 裕考, 新田 昂大, 石川 潮, 稲森 啓一郎, 鈴木 明身, 井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第41回日本糖質学会年会
  • [学会発表] 炎症・炎症性細胞死におけるガラビオシルセラミドの役割2022

    • 著者名/発表者名
      新田 昂大, 狩野 裕考, 石川 潮, 稲森 啓一郎, 鈴木 明身, 井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第41回糖質学会年会
  • [学会発表] ガングリオシドGM3の生物学(過去・現在・未来)2022

    • 著者名/発表者名
      井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第16回東北糖鎖研究会
  • [学会発表] ガングリオシドによるミクログリアの炎症応答調節2022

    • 著者名/発表者名
      大川 光,稲森 啓一郎,石川 潮,森田 修樹,狩野 裕考,新田 昂大,井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第16回東北糖鎖研究会
  • [学会発表] GM3による自然免疫応答および細胞死経路の制御2022

    • 著者名/発表者名
      井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第15回セラミド研究会学術集会・第16回スフィンゴテラピィ研究会
  • [学会発表] ガングリオシドによるミクログリアの炎症応答調節2022

    • 著者名/発表者名
      稲森啓一郎,大川光,石川潮,狩野裕考,新田昂大,井ノ口仁一
    • 学会等名
      第15回セラミド研究会学術集会・第16回スフィンゴテラピィ研究会
  • [学会発表] アレルギー性炎症の遷延化におけるスフィンゴミエリンの役割2022

    • 著者名/発表者名
      豊島 かおる, 宮坂 智充, 有川 智博、 宍戸 史, 佐々木 雅史,井ノ口 仁一, 大野 勲, 中村 豊
    • 学会等名
      アレルギー・好酸球研究会2022
  • [学会発表] ガングリオシド分子種による自然免疫応答および細胞死経路の制御2022

    • 著者名/発表者名
      井ノ口 仁一
    • 学会等名
      第 95 回日本生化学会大会シンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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