脂質シグナルによるイオン輸送体の活性制御機構とその構造基盤の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23390046
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 独立行政法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 若林 繁夫 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (70158583)
• 連携研究者: 武田 壮一 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 室長 (80332279) ; 岩田 裕子 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 室長 (80171908) ; 西谷 友重 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 室長 (50393244) ; 久光 隆 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 室長 (50327946) ; 古林 創史 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 研究員 (50511531) ; 嶋田 直子 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 流動研究員 (60600385) ; 鎌内 慎也 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 流動研究員 (00397564) ; 中尾 周 独立行政法人国立循環器病研究センター研究所, 流動研究員 (30646956)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: トランスポータ / 生理活性脂質 / 結晶構造 / 創薬 / 細胞内イオン制御

研究概要

形質膜イオン輸送体は多くのシグナルによって巧妙に制御されるが、その破綻は様々な病気を悪化させる。本研究では、動物細胞Na+/H+交換輸送体NHE1制御機構を詳しく解析した。NHE1はATP結合蛋白質であり、NHE1活性はATPの直接結合によって維持されることが判明した。さらに、NHE1のホルモンによる活性化は、NHE1の脂質結合ドメインにDAGなどの生理活性脂質が結合し、ATPに代わって形質膜との親和性が増加することによって起こることを明らかにした。また、NHE1の活性化はNHE1に直接結合するカルシニュリンを介して、その下流の転写因子NFATへのシグナルを増幅できることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Na^+/H^+ exchanger 1 is regulated via its lipid-interacting domain, which functions as a molecular switch : A pharmacological approach using indolocarbazole compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimada-Shimizu N, Hisamitsu T, Nakamura TY, Hirayama N, Wakabayashi S
  • 雑誌名: Mol. Pharmacol 巻: 85(1) ページ: 18-28
  • DOI: 10.1124/mol.113.089268
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of the cardiac Na^+/H^+ exchanger in health and disease (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi S, Hisamitsu T, Nakamura TY
  • 雑誌名: J. Mol. Cell. Cardiol 巻: 61 ページ: 68-76
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2013.02.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence that Na^+/H^+ exchanger 1 is an ATP-binding protein (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimada-Shimizu N, Hisamitsu T, Nakamura TY, Wakabayashi S
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 280(6) ページ: 1430-1442
  • DOI: 10.1111/febs.12138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and properties of a novel variant of NBC4 (Na^+/HCO_3^- co-transporter 4) that is predominantly expressed in choroid plexus (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H, Hirata T, Nakamura N, Kato A, Kawahara K, Wakabayashi S, Chang M-H, Romero MF, Hirose S
  • 雑誌名: Biochem. J 巻: 450 ページ: 179-187
  • DOI: 10.1042/BJ20121515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decreased surface sialic acid content is a sensitive indicator for muscle damage (2013)
  • 著者名/発表者名: Iwata Y, Suzuki O, Wakabayashi S
  • 雑誌名: Muscle & Nerve 巻: 47(3) ページ: 372-378
  • DOI: 10.1002/mus.23632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diverse functions of neuronal calcium sensor-1(NCS-1) in excitable cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, TY, Wakabayashi, S
  • 雑誌名: Trends in Cell & Molecular Biology 巻: Vol.7 ページ: 99-110
  • URL: http://www.researchtrends.net/tia/abstract.asp?in=0&vn=7&tid=55&aid=3601&pub=2012&type=3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Na^+/H^+ Exchanger 1 Directly Binds to Calcineurin A and Activates Downstream NFAT Signaling, Leading to Cardiomyocyte Hypertrophy (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisamitsu T, Nakamura TY, Wakabayashi S
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol 巻: 32(16) ページ: 3265-3280
  • DOI: 10.1128/MCB.00145-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perilipin 5, a lipid droplet-binding protein, protects heart from oxidative burden by sequestering fatty acid from excessive oxidation (2012)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto K, Okamura T, Yamaguchi T, Nakamura TY, Wakabayashi S, Morinaga H, Nomura M, Yanase T, Otsu K, Usuda N, Matsumura S, Inoue K, Fushiki T, Kojima Y, Hashimoto T, Sakai F, Hirose F, Osumi T
  • 雑誌名: J Biol. Chem 巻: 287(28) ページ: 23852-23863
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.328708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Neuronal Calcium Sensor-1 in the Cardiovascular System (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakamura TY, Wakabayashi S
  • 雑誌名: Trends Cardiovasc. Med 巻: 22(1) ページ: 12-17
  • DOI: 10.1016/j.tcm.2012.06.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuronal Calcium Sensor-1 Promotes Immature Heart Function and Hypertrophy by Enhancing Ca^<2+> Signals (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamura TY, Jeromin A, Mikoshiba K, Wakabayashi S
  • 雑誌名: Circ. Res 巻: 109(5) ページ: 512-523
  • DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.111.248864
  • 査読あり
• [学会発表] ATP 結合蛋白質としてのNa^+/H^+交換輸送体NHE1 : 脂質結合ドメインを介する活性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫, 嶋田-清水直子, 久光 隆, 中村-西谷友重
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2014-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 とカルシニュリンとの適度な結合親和性が下流のNFAT 転写活性の増幅に重要である (2014)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 若林繁夫
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2014-03-16
• [学会発表] Regulation of the cardiac Na^+/H^+ exchanger in health and disease (2014)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi S
  • 学会等名: 35th Anniversary Symposium "Growth Control Lab"
  • 発表場所: Hotel West End Nice/FRANCE
  • 年月日: 2014-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] Na+/H+ exchanger NHE1 directly binds calcineurin and enhances downstream NFAT transcriptional activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Hisamitsu T, Wakabayashi S
  • 学会等名: IUPS Satellite Symposium "H^+ Ion Sensing, Signalling and Servo-control"
  • 発表場所: University of Oxford/UK
  • 年月日: 20130727-30
• [学会発表] Evidence that Na^+/H^+ exchanger 1 is an ATP-binding protein : a possible mechanism for ATP requirement of transport activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimada-Shimizu N, Hisamitsu T, Nakamura TY, Wakabayashi S
  • 学会等名: Nagoya Symposium Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20130122-24
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 によるカルシニューリンの活性増幅作用には両者の適度な結合親和性が重要である (2013)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 若林繁夫
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第39回討論会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
  • 年月日: 2013-12-19
• [学会発表] 心臓におけるNa^+/H^+交換輸送体の制御と病態的意義 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第39回討論会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
  • 年月日: 2013-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 とカルシニューリンとの適度な結合親和性が下流のNFAT 活性の増幅効率を決める (2013)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 若林繁夫
  • 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
  • 年月日: 2013-09-13
• [学会発表] Na^+/H^+ exchanger (NHE1)の活性調節は脂質結合ドメインの分子スイッチ機構で起こる : 制御に選択的な薬剤を用いた解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫, 嶋田-清水直子, 久光 隆, 平山令明, 中村(西谷)友重
  • 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
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] The Na^+/H^+ exchanger1 : signaling pathways leading to cardiac hypertrophy (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi S
  • 学会等名: "Cardiac Ca^<2+>, Na^+ and pH regulation in health and disease Kaito Symposium" ISHR XXI World Congress
  • 発表場所: San Diego Convention Center/USA
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 によるpH 制御機構 : 心臓肥大に導く上流・下流のシグナル伝達 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京)
  • 年月日: 2013-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 はその細胞質領域のPVITID 配列に直接結合したカルシニューリンを介して下流のNFAT 活性を増幅する (2013)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 若林繁夫
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] カルシニューリンB様蛋白質CHP3 によるGSK3βの活性調節メカニズムの解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古林創史, 若林繁夫
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-16
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体によるカルシニューリン-NFAT シグナル増幅 : 結合モチーフPVITID 配列の変異解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 若林繁夫
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 の活性調節をブロックする阻害剤の活性-構造相関 (2012)
  • 著者名/発表者名: 嶋田-清水直子, 久光 隆, 平山令明, 若林繁夫
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体による心肥大カルシウムシグナルの制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫
  • 学会等名: 生体機能と創薬シンポジウム2012
  • 発表場所: 神戸学院大学
  • 年月日: 2012-08-31
• [学会発表] 幼少期の心機能および心肥大を制御する新しいカルシウム調節タンパク質の発見と分子機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西谷(中村)友重
  • 学会等名: 第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 長野県松本文化会館
  • 年月日: 2012-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 近傍のlocal pH をモニターする蛍光プローブの作成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫
  • 学会等名: 第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本市総合体育館
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体NHE1 はカルシニューリンとの直接結合を介してNFAT 経路を活性化する (2012)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆
  • 学会等名: 第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本市総合体育館
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Na^+/H^+交換輸送体(NHE1)の活性化による心肥大シグナル増幅機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 久光 隆, 中村(西谷)友重, 古林創史, 嶋田直子, 岩田裕子, 若林繁夫
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2011-09-21
  • 招待講演
• [図書] 子どもの心臓収縮と心肥大を調節する新しい制御蛋白質NCS-1 (2012) 循環器病研究の進歩(通巻52号) (2012)
  • 著者名/発表者名: 西谷(中村)友重, 若林繁夫
  • 総ページ数: 46-55
• [図書] Abnormal Ion Homeostasis and Cell Damage in Muscular Dystrophy. "Muscular Dystrophy (ed. By M. Hegde/A. Ankala)" (2012)
  • 著者名/発表者名: Iwata Y, Wakabayashi S
  • 総ページ数: 143-158
• [図書] 輸送体結合蛋白質の同定と複合体の構造解析 " トランスポートソームの世界編:金井好克, 竹島 浩, 森 泰生, 久保義弘" (2011)
  • 著者名/発表者名: 若林繁夫, 武田壮一, 久光 隆
  • 総ページ数: 414-420
  • 出版者: 京都廣川書店