脳腫瘍増殖の病態メカニズムにおけるオレイン酸代謝の意義の解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K11527
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 香川 慶輝 東北大学, 医学系研究科, 助教 (30728887)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 脂肪酸結合蛋白質 / FABP7 / グリオーマ / オレイン酸 / アセチルCoA / ATP-citrate lyase (ACLY) / イソクエン酸脱水素酵素

研究実績の概要

グリオーマは最も頻度の高い脳腫瘍の一つである。中でもグリオブラストーマは浸潤が非常に早く、加えて放射線・化学療法に抵抗性であるため、早期発見・治療となる指針を確立することは急務である。近年、WHOによるグリオーマの分類に遺伝子学的診断が加わり、特に細胞内代謝に関与する重要な酵素であるイソクエン酸脱水素酵素 (IDH) 遺伝子変異の有無により予後が大きく変わることから、細胞内代謝系と脳腫瘍の生物学的特性との関連が注目されているが、その詳細は明らかになっていない。本研究はオレイン酸に強い親和性を持ち、グリオブラストーマに高い発現を示す脂肪酸結合蛋白質 (FABP7) に着目し、“脳腫瘍増殖の病態メカニズムにおけるオレイン酸代謝の意義”を明確にすることを目指すものである。
FABP7は脂肪酸等のリガンドと結合することで、蛋白質の立体構造が変化し、核内移行シグナルが新たに形成され、核に移行するという特性を持つ。これまでにFABP7の局在を変化させるモデル細胞を用いた解析で、FABP7の核局在は核内アセチルCoAを増加させると共にヒストンアセチル化レベルを増加させることを見出した (Kagawa et al. Mol Neurobiol. 2020)。さらに免疫沈降・質量分析法によりFABP7はAcetyl CoA精製に重要なATP-citrate lyase (ACLY)と相互作用を持つことを見出した。これらの結果はFABP7発現グリオーマの腫瘍バイオロジーにFABP7のリガンドが深く関与していることを示唆するものである。
最近では様々な脂肪酸の中でもオレイン酸がFABP7の核移行を誘導するデータが得られている。さらにFABP7の核移行と共にオレイン酸の核内含量も顕著に増加することも明らかになっている。より詳細な解析を加え、グリオーマ増殖における核内オレイン酸の意義を明確にしていく。

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

FABP7の細胞内局在の意義を検討するため、核移行シグナルや核外移行シグナルを用いてFABP7の局在を人為的に変化させる過剰発現系モデルを作製した。このモデル細胞を用いて、FABP7によるcaveolin-1転写調節機構を検討した結果、FABP7の核局在によりcaveolin-1の転写調節領域のH3K27acレベルが増加すると共にmRNA発現が増加すること、一方で、FABP7の細胞質局在はコントロールと同レベルを示すことを見出した。さらにFABP7の核局在は核内アセチルCoAを増加させること、FABP7はアセチルCoA精製に重要なATP-citrate lyase (ACLY)と相互作用を持つことを見出した。これらの結果より、「FABP7は脂肪酸などのリガンド結合後、核へ移行し、核内のACLYと相互作用をもつことで核内アセチルCoA代謝－ヒストンアセチル化を制御しcaveolin-1遺伝子の転写を誘導すること」が考えられる。この新知見はMol Neurobiol.（57(12):4891-4910. 2020）で報告した。
FABP7のリガンドパートナーを同定するため、FABP7高発現グリオーマ細胞株に様々な脂肪酸を添加し、その増殖能を検討した。その結果、FABP7に強い親和性を持つオレイン酸が、グリオーマ細胞株の増殖を優位に促進することを見出した。さらにオレイン酸添加によりFABP7の核移行が促進され、FABP7と共にオレイン酸の核内含量も顕著に増加することも明らかになっている。より詳細な解析を加え、グリオーマ増殖における核内オレイン酸の意義を明確にしていく。

今後の研究の推進方策

FABP7による核内アセチルCoA代謝制御機構にオレイン酸が及ぼす影響を検討する。加えて、オレイン酸は細胞質・核内の脂肪滴形成を誘導する脂肪酸であり、近年、核内脂肪滴の形成と遺伝子発現制御機構、特にエピゲノム変化への関与が多々報告されている。そこで、細胞質・核内脂肪滴形成制御機構におけるFABP7の役割を新たに検討していく。
また、IDH変異を伴うグリオーマにおけるFABP7の局在を検討する。現在、IDH1変異を誘導したグリオーマ細胞株の作成を行っている。また、臨床サンプルとして新WHO分類に基づいた各種グリオーマの臨床サンプルの収集も継続的に行っている。準備が整い次第、IDH1変異グリオーマにおけるFABP7の役割およびオレイン酸の細胞内機能の解析を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Fatty acid‐binding protein 3 regulates differentiation of IgM‐producing plasma cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Shuhei、Phung Hai The、Tayama Shunichi、Kagawa Yoshiteru、Miyazaki Hirofumi、Yamamoto Yui、Maruyama Takashi、Ishii Naoto、Owada Yuji
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 288 ページ: 1130～1141
  • DOI: 10.1111/febs.15460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand Bound Fatty Acid Binding Protein 7 (FABP7) Drives Melanoma Cell Proliferation Via Modulation of Wnt/β-Catenin Signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Umaru Banlanjo Abdulaziz、Kagawa Yoshiteru、Shil Subrata Kumar、Arakawa Naoki、Pan Yijun、Miyazaki Hirofumi、Kobayashi Shuhei、Yang Shuhan、Cheng An、Wang Yifei、Shinoda Yasuharu、Kiniwa Yukiko、Okuyama Ryuhei、Fukunaga Kohji、Owada Yuji
  • 雑誌名: Pharmaceutical Research 巻: 38 ページ: 479～490
  • DOI: 10.1007/s11095-021-03009-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] The fatty acid binding protein FABP7 is required for optimal oligodendrocyte differentiation during myelination but not during remyelination (2020)
  • 著者名/発表者名: Foerster Sarah、Guzman de la Fuente Alerie、Kagawa Yoshiteru、Bartels Theresa、Owada Yuji、Franklin Robin J. M.
  • 雑誌名: Glia 巻: 68 ページ: 1410～1420
  • DOI: 10.1002/glia.23789
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fatty Acid Binding Protein 7 is Involved in the Proliferation of Reactive Astrocytes, but not in Cell Migration and Polarity (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara Tomonori、Abdulaziz Umaru Banlanjo、Sharifi Kazem、Yoshikawa Takeo、Owada Yuji、Kagawa Yoshiteru
  • 雑誌名: ACTA HISTOCHEMICA ET CYTOCHEMICA 巻: 53 ページ: 73～81
  • DOI: 10.1267/ahc.20001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitochondrial dysfunction in GnRH neurons impaired GnRH production (2020)
  • 著者名/発表者名: Kagawa Yoshiteru、Umaru Banlanjo Abdulaziz、Shil Subrata Kumar、Hayasaka Ken、Zama Ryo、Kobayashi Yuta、Miyazaki Hirofumi、Kobayashi Shuhei、Suzuki Chitose、Katori Yukio、Abe Takaaki、Owada Yuji
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 530 ページ: 329～335
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.07.090
  • 査読あり
• [雑誌論文] FABP7 Regulates Acetyl-CoA Metabolism Through the Interaction with ACLY in the Nucleus of Astrocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Kagawa Yoshiteru, Umaru Banlanjo, Shima Hiroki, Ito Ryo, Zama Ryo, Islam Ariful, Kanno Shin-ichiro, Yasui Akira, Sato Shun, Jozaki Kosuke, Shil Subrata, Miyazaki Hirofumi, Kobayashi Shuhei, Yamamoto Yui, Kogo Hiroshi, Shimamoto-Mitsuyama Chie, Sugawara Akira, Sugino Norihiro, Kanamori Masayuki, Tominaga Teiji, et al.
  • 雑誌名: Molecular Neurobiology 巻: 57 ページ: 4891～4910
  • DOI: 10.1007/s12035-020-02057-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fatty acid-binding protein 5 limits ILC2-mediated allergic lung inflammation in a murine asthma model (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Shuhei、Tayama Shunichi、Phung Hai The、Kagawa Yoshiteru、Miyazaki Hirofumi、Takahashi Yu、Maruyama Takashi、Ishii Naoto、Owada Yuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73935-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatty acid‐binding protein 3 controls contact hypersensitivity through regulating skin dermal Vγ4 + γ/δ T cell in a murine model (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Shuhei、Phung Hai The、Kagawa Yoshiteru、Miyazaki Hirofumi、Takahashi Yu、Asao Atsuko、Maruyama Takashi、Yoshimura Akihiko、Ishii Naoto、Owada Yuji
  • 雑誌名: Allergy 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1111/all.14630
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Ndufs4 ablation results in presynaptic loss in hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Shil, Yoshiteru Kagawa, Umaru Banlanjo Abdulaziz, Hirofumi Miyazaki, Yui Yamamoto, Shuhei Kobayashi, Takaaki Abe, Yuji Owada
  • 学会等名: 日本解剖学会 第66回東北・北海道連合支部学術集会(岩手医科大学, オンライン開催）
• [学会発表] Fatty acid binding protein 7 (FABP7)/oleic acid interaction potently drives glioma cell proliferation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Umaru Banlanjo Abdulaziz, Yoshiteru Kagawa, Subrata Kumar Shil, Hirofumi Miyazaki, Shuhei Kobayashi, Yuji Owada
  • 学会等名: 日本解剖学会 第66回東北・北海道連合支部学術集会(岩手医科大学, オンライン開催）
• [学会発表] Ndufs4 ablation results in decrease of synaptophysin expression in mouse hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Shil, Yoshiteru Kagawa, Banlanjo Abdulaziz Umaru, Takaaki Abe, Yuji Owada
  • 学会等名: 第47回日本脳科学会（東北大学川内北キャンパス, 仙台市）
• [学会発表] FABP7 regulates nuclear acetyl-CoA metabolism in astrocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Kagawa, Banlanjo Abdulaziz Umaru, Yuji Owada
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会（京都大学, オンライン開催）
• [学会発表] Fatty acid binding protein 7 (FABP7) drives melanoma cell proliferation via modulation of Wnt/β-catenin signaling (2020)
  • 著者名/発表者名: Banlanjo Abdulaziz Umaru, Yoshiteru Kagawa, Subrata Kumar Shil, Yuji Owada
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会（京都大学, オンライン開催）
• [学会発表] Ndufs4 deficiency shows a decreased expression of synaptophysin in hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Shil, Yoshiteru Kagawa, Banlanjo Abdulaziz Umaru, Takaaki Abe, Yuji Owada
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会（京都大学, オンライン開催）
• [学会発表] Ndufs4 regulates synaptophysin expression in hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Subrata Kumar Shil, Yoshiteru Kagawa, Banlanjo Abdulaziz Umaru, Takaaki Abe, Yuji Owada
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会（名古屋大学, オンライン開催）
• [学会発表] 腫瘍増殖メカニズムにおける核内脂質動態の意義の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 香川 慶輝
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会学術総会全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会 日本解剖学会奨励賞受賞講演 （名古屋大学, オンライン開催）
  • 招待講演
• [学会発表] FABP7はIDH1野生型グリオーマの増殖に関与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 香川 慶輝, Banlanjo Abdulaziz Umaru, 大和田 祐二
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会（名古屋大学, オンライン開催）
• [学会発表] Fatty Acid Binding Protein 7 (FABP7) / oleic acid mediated epigenetic regulation drives glioma cell proliferation (2020)
  • 著者名/発表者名: Banlanjo Abdulaziz Umaru, Yoshiteru Kagawa, Yuji Owada
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会（名古屋大学, オンライン開催）
• [学会発表] Fatty acid-binding protein 3 controls contact hypersensitivity through regulating skin dermal Vγ4+ γ/δ T cell development. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Kobayashi, Yoshiteru Kagawa, Hirofumi Miyazaki, Yuji Owada
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会（名古屋大学, オンライン開催）
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科器官解剖学分野
  • URL: https://organ-anatomy.med.tohoku.ac.jp/