極長鎖脂肪酸産生の分子メカニズムと病態，生理機能の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23370057
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 木原 章雄 北海道大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (50333620)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 脂質 / 脂肪酸 / 極長鎖脂肪酸 / 皮膚バリア / スフィンゴ脂質 / 代謝異常 / 生体膜 / ノックアウトマウス

研究概要

炭素数20を超える極長鎖脂肪酸は固有の生理機能を持ち，様々な病態と関連している。我々はこれまで極長鎖脂肪酸伸長サイクルの１段階目を触媒する脂肪酸縮合酵素Elovl1のノックアウトマウスを作成し，炭素数26以上の極長鎖セラミドの減少を伴った皮膚バリア機能不全を示すことを明らかにしてきた。我々は本年度，Elovl1がセラミド合成酵素CerS3と協調して働く時のみ炭素数26脂肪酸を産生するという極長鎖脂肪酸産生の新たな制御機構を見いだした。また，我々は皮膚だけにElovl1が発現するトランスジェニックマウスとElovl1ノックアウトマウスを交配させ，皮膚バリア機能をレスキューしたマウスを作成することに成功した。このマウスに関しては現在解析中である。さらに，極長鎖脂肪酸が蓄積することで発症する副腎白質ジストロフィーに効果があるとされるロレンツォオイルがELOVL1を阻害することを明らかにした。
極長鎖脂肪酸伸長サイクルの３段階目を触媒するHacd1の基質特異性については不明であったが，Hacd1ノックアウトマウスの筋肉の脂質組成の分析の結果，多価不飽和脂肪酸含有脂質の量が減少していることを明らかにした。このことからHacd1が多価不飽和3-ヒドロキシアシルCoAを基質とすることが示唆された。
極長鎖脂肪酸伸長サイクルの４段階目を触媒するTERの182番目のプロリンをロイシンに置換する変異（P182L変異）が，近年非症候性精神遅滞を引き起こすことが報告された。我々は，この変異がタンパク質の安定性と活性を低下させ，極長鎖脂肪酸伸長サイクルの３段階目と４段階目に影響を与え，炭素数24の極長鎖スフィンゴ脂質の細胞内量を低下させることを示した。これらの結果から，P182L変異による精神遅滞発症の分子機構と極長鎖脂肪酸伸長サイクルにおける新たな調節機構が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Lorenzo's oil inhibits ELOVL1 and lowers the level of sphingomyelin with a saturated very long-chain fatty acid (2014)
  • 著者名/発表者名: Sassa T, Wakashima T, Ohno Y, Kihara A
  • 雑誌名: Journal of lipid research 巻: 55 ページ: 524-530
  • DOI: 10.1194/jlr.M044586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolism of very long-chain fatty acids: genes and pathophysiology (2014)
  • 著者名/発表者名: Sassa T, Kihara A
  • 雑誌名: Biomolecules & Therapeutics 巻: 22 ページ: 83-92
  • DOI: 10.4062/biomolther.2014.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impaired epidermal permeability barrier in mice lacking the Elovl1 gene responsible for very long-chain fatty acid production (2013)
  • 著者名/発表者名: Sassa T, Ohno Y, Suzuki S, Nomura T, Nishioka C, Kashiwagi T, Hirayama T, Akiyama M, Taguchi R, Shimizu H, Itohara S, Kihara A
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol 巻: 33 ページ: 2787-2796
  • DOI: 10.1128/MCB.00192-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unperverted synthesis of complex sphingolipids is essential for cell survival under nitrogen starvation (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamagata M, Obara K, Kihara A
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 18 ページ: 650-659
  • DOI: 10.1111/gtc.12062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Congenital myopathy is caused by mutation of HACD1 (2013)
  • 著者名/発表者名: Muhammad E, Reish O, Ohno Y, Scheetz T, Deluca A, Searby C, Regev M, Benyamini L, Fellig Y, Kihara A, Sheffield VC, Parvari R
  • 雑誌名: Hum. Mol. Genet. 巻: 22 ページ: 5229-5236
  • DOI: 10.1093/hmg/ddt380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperative synthesis of ultra long-chain fatty acid and ceramide during keratinocyte differentiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Mizutani Y, Sun H, Ohno Y, Sassa T, Wakashima T, Obara M, Yuyama K, Kihara A, Igarashi Y
  • 雑誌名: PLos One 巻: 8 ページ: e67317
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0067317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutation for non-syndromic mental retardation in the trans-2-enoyl-CoA reductase TER gene involved in fatty acid elongation impairs the enzyme activity and stability leading to change in sphingolipid profile (2013)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Ohno Y, Sassa T, Taguchi R, Caliskan M, Ober C, Kihara A
  • 雑誌名: The Journal of biological chemistry 巻: 288 ページ: 36741-36749
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.493221
  • 査読あり
• [学会発表] Fatty acid elongase Elovl1 is essential for the synthesis of ≧C26 ceramides and epidermal permeability barrier formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Sassa T, Ohno Y, Suzuki S, Nomura T, Akiyama M, Taguchi R, Shimizu H, Itohara S, Kihara A
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Glycolipid & Sphingolipid Biology)
  • 発表場所: Four Points Sheraton, Ventura, USA
  • 年月日: 20140112-20140117
• [学会発表] The condensation reaction by the fatty acid elongase ELOVL6 is stimulated by the following reduction reaction by KAR in fatty acid elongation cycle (2014)
  • 著者名/発表者名: Naganuma T, Kihara A
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Glycolipid & Sphingolipid Biology)
  • 発表場所: Four Points Sheraton, Ventura, USA
  • 年月日: 20140112-20140117
• [学会発表] The fatty acid elongase ELOVL1 and the P450 family member CYP4F22 are involved in the production of epidermal acylceramide (2014)
  • 著者名/発表者名: Kihara A
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Glycolipid & Sphingolipid Biology)
  • 発表場所: Four Points Sheraton, Ventura, USA
  • 年月日: 20140112-20140117
• [学会発表] 家族性精神遅滞原因遺伝子TER P182L変異体の生化学的解析とスフィンゴ脂質代謝への影響について (2013)
  • 著者名/発表者名: 安部健介, 大野祐介, 佐々貴之, 木原章雄
  • 学会等名: 第6回セラミド研究会学術集会
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館（札幌市）
  • 年月日: 20131107-20131108
• [学会発表] 皮膚アシルセラミド産生における脂肪酸伸長酵素と水酸化酵素の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木原章雄
  • 学会等名: 第6回セラミド研究会学術集会
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館（札幌市）
  • 年月日: 20131107-20131108
  • 招待講演
• [学会発表] 極長鎖脂肪酸伸長酵素Elovl1は表皮において層特異的な制御を受け皮膚バリアに必須の役割を果たす (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々貴之, 大野祐介, 鈴木翔多朗, 乃村俊史, 秋山真志, 田口良, 清水宏, 糸原重美, 木原章雄
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] アシルセラミドの合成に関与するシトクロムP450の同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大國礼, 大野祐介, 神山望, 木原章雄
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] 極長鎖脂肪酸伸長酵素ELOVL6の生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永沼達郎, 木原章雄
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] The cytochrome P450 4F subfamily protein CYP4F22 catalyzes omega-hydroxylation of ultra long-chain-containing ceramides in the epidermis (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohno Y, Ohkuni A, Kamiyama N, Kihara A
  • 学会等名: FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic)
  • 発表場所: ヒルトンニセコビレッジ（北海道）
  • 年月日: 20130804-20130809
• [学会発表] Mice lacking the Elovl1 gene responsible for very long-chain fatty acid production exhibit neonatal lethality due to impaired epidermal permeability barrier (2013)
  • 著者名/発表者名: Sassa T, Ohno Y, Suzuki S, Nomura T, Akiyama M, Taguchi R, Shimizu H, Itohara S, Kihara A
  • 学会等名: FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic)
  • 発表場所: ヒルトンニセコビレッジ（北海道）
  • 年月日: 20130804-20130809
• [学会発表] 常染色体劣性遺伝精神遅滞に見られるTER P182L変異体の生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安部健介, 大野祐介, 佐々貴之, 木原章雄
  • 学会等名: 第55回日本脂質生化学会
  • 発表場所: ホテル松島大観荘（仙台市）
  • 年月日: 20130606-20130607
• [学会発表] 家族性精神遅滞に見られるTER P182L変異体の生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安部健介, 大野祐介, 佐々貴之, 木原章雄
  • 学会等名: 日本薬学会北海道支部140回例会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • 年月日: 20130518-20130519
• [備考] 北海道大学薬学研究院生化学研究室
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.html
• [備考] ASMBMブログ「WILD TYPES」
  • URL: http://wildtypes.asbmb.org/2014/02/07/figuring-out-the-target-for-lorenzos-oil/
• [備考] Global Medical Discovery
  • URL: http://globalmedicaldiscovery.com/key-scientific-articles/impaired-epidermal-permeability-barrier-mice-lacking-elovl1-gene-responsible-long-chain-fatty-acidproduction/