自律神経による心機能制御の分子メカニズム

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24390200
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 石川 義弘 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40305470)
• 研究分担者: 梅村 将就 横浜市立大学, 医学部, 助教 (50595353)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 自律神経 / 心機能制御 / cAMP / カテコラミン / 分子

研究概要

本研究では、アデニル酸シクラーゼによって産生されるcAMPが、下流で制御する新規Ｇ蛋白調節因子（Epac）の役割をPKAと比較しつつ、cAMPシグナルネットワーク」として心機能・保護作用の調節の観点から、関連因子とともに網羅的に検討した。Epacは30年ぶりに同定されたPKA以外のcAMPの新規標的分子であり、RapなどのＧ蛋白制御など様々な細胞機能において役割を果たす。本研究によってcAMPシグナルネットワークの心臓における役割を明らかにすることができた。重要課題の一つが、PKAによるフォスフォランバンのリン酸化の調節メカニズムであり、我々はこの制御はPKA だけではおこらず、Epacが必須の役割を果たしている事を確立した。これまではEpacを選択的に刺激することが不可能であったため、このメカニズムが発見されなかったと考えられる。本研究での最大の特徴は、Ｅｐａｃを欠損させた動物と、Ｅｐａｃを心臓特異的に過大発現させた動物モデルを使用できたことである。欠損および過大発現によって、同分子の心筋細胞内シグナルにおけるストイキオメトリーの重要性が解明されている。アデニル酸シクラーゼによって産生されるcAMPは、無秩序に下流の標的分子であるPKAあるいはEpacを活性化するのではなく、関連蛋白の発現量の変化や細胞内局在性により、細胞死の制御も含めて異なる役割を果たすとの予備データもとられている。これは心臓におけるcAMPシグナルネットワークの多様性な分子メカニズムとしての意義を実証するものであり、心不全をはじめとする各種心疾患に対する新しい治療法の開発を促すことになると結論付けられる

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

計画初年度に得られた結果を基にして、平成２５年度は、Epacによるフォスフォランバンのリン酸化に関与するキナーゼの種類の同定を行うことができ、これにより様々なキナーゼのサブタイプ別の重要性を検討することができた。とりわけキナーゼサブタイプが、Ｅｐａｃを介した細胞内カルシウムの動態にどのような役割を果たすのかを検討したところ、すべてのサブタイプが均一に作用しているわけではなく、心筋細胞内の発現と機能に応じた調節を担当していることが分かった。これらのサブタイプの制御がEpacによるものであることが欠損動物モデルを用いた実験から明らかとなった。これにより、これまでＰＫＡが主体とされていた心筋細胞内のｃＡＭＰシグナルがＥｐａｃを通じてどのように心機能調節の分子メカニズムに関与するかの解明が進められた。さらにはＥｐａｃの欠損だけでなく、過大発現を行った際の病態生理に関する検討を進めることができた。とくにＥｐａｃの過大発現は、同様の細胞内カルシウムシグナルによって活性化されるキナーゼの調節を介して、様々な転写因子の活性化を行うことが明らかとなりつつある。これらの実験結果は当初の計画におおむね準じていると考えられ、研究計画は順調に進んだと思われた。

今後の研究の推進方策

最終年度はこれまでの研究助成にて培った手法を用いて研究計画の総括を行い、cAMPを産生するアデニル酸シクラーゼの下流にあるEpacの役割を中心に、cAMPシグナルネットワークを心機能・保護作用の調節の観点からまとめる。我々の作成したEpacサブタイプの遺伝子操作動物（とくに過大発現を中心として）を活用した敗血症惹起性心不全モデルを用いて、病態生理下における役割を解明していく。これらの検討を通じて、心不全の成因に関するcAMPシグナルネットワークの網羅的な解明を進めていく。我々はEpacは心不全時にすべてにおいて悪影響を及ぼすとは限らないと考えている。TNFなどのサイトカインの亢進は心不全時の心機能低下の重要な原因であり、敗血症性ショックでは末梢抵抗が低下するにもかかわらず心機能低下を引き起こす。心機能が低下すれば、交感神経が活性化してカテコラミン分泌が亢進するが、カテコラミンがサイトカインにどのように関連するかは不明であった。我々の検討から、Epacが共役の中心となると考えられる。そこでLPS誘発性のエンドトキシンショックでは、著名な心機能低下が見られるが、Epac1を過大発現させたマウス（Epac1TG）ではこの低下が顕著に小さくなることを確認していく。この際に予想されているのがJAK/STAT系におけるSTATのリン酸化の低下しており、これが心機能保護作用の原因と考えられる。我々はEpacがSOCS系の制御を通じてJAK/STAT系のコントロールを行っていると予測している。

次年度の研究費の使用計画

当初の計画では平成２６年度に行うＥｐａｃ過大発現マウスモデルのコロニー形成を平成２５年度中に行う予定であったが、マウスの繁殖が予想より遅かった。このためコロニー形成およびそのスクリーニングに使用する金額が持ち越しとなった。
平成２６年度はＥｐａｃ過大発現マウスモデルを用いた検討をおこなう。平成２５年度に得られたマウスより予備データは取られており、計画自体の進行には変化はない。然るにマウスのコロニー準備を平成２６年度前半に終了させる予定である。実験計画自体に変更はない。

研究成果

• [雑誌論文] Prostaglandin E2 Inhibits Elastogenesis in the Ductus Arteriosus via EP4 Signaling. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Minamisawa S, Shioda A, Ishiwata R, Jin MH, Masuda M, Asou T, Sugimoto Y, Aoki H,Nakamura T, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Circulation. 巻: 129 ページ: 487-496
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.004726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Multilayers of Smooth Muscle Cells as a New Experimental Model for Vascular Elastic Fiber Formation Studies. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata R, Yokoyama U, Matsusaki M, Yoshiya A, Kadowaki K, Ichikaww Y, Umemura M, Fujita T, Minamisawa S, Shimoda H, Mitsuru Akashi M, and Ishikawa Y.
  • 雑誌名: Atherosclerosis. 巻: 233 ページ: 590-600
  • DOI: 10.1016/j.atherosclerosis.2014.01.045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Store-operated Ca2+ entry (SOCE) Regulates Melanoma Proliferation and Cell Migration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Umemura M, Baljinnyam E, Feske S, De Lorenzo MS ,Lai-Hua Xie LH, Feng X, 1, Itoh K, Makino A, Fujita T,Yokoyama U, Iwatsubo M, Chen S, Goydos JS, Ishikawa Y, and Iwatsubo K.
  • 雑誌名: PlosOne. 巻: 9 ページ: e89292
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0089292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protection of cardiomyocytes from the hypoxia-mediated injury by a peptide targeting the activator of G-protein signaling 8. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Hiraoka M, Suzuki H, Sakima M, Mamun, AA, Yamane Y, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, and Ishikawa Y.
  • 雑誌名: PlosOne. 巻: 9 ページ: e91980
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0091980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperthermia generated with ferucarbotran (Resovist®) in an alternating magnetic field enhances cisplatin-induced apoptosis of cultured human oral cancer cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Kioi M, Nakashima H, Iwai T, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, Feng X, Ito K, Miyajima A, Makino A, Iwai M, Eguchi H, Iwai T, and Ishikawa Y.
  • 雑誌名: J. Physiol. Sci. 巻: 64 ページ: 177-183
  • DOI: 10.1007/s12576-014-0309-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geranylgeranylacetone protects the heart via caveolae and caveolin-3. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi YM, Tsutsumi R, Hirokawa YT, Sakai Y, Hamaguchi E, Ishikawa Y, Yokoyama U, Kasai A, Kambe N, and Tanaka K
  • 雑誌名: Life Sciences. 巻: 101 ページ: 43-48
  • DOI: org/10.1016/j.lfs.2014.02.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disruption of Epac1 decreasesphosphorylation of phospholamban and protects theheart against stresses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Okumura S, Fujita T, Cai W, Jin M, Namekata I, Mototani Y, Jin HL, Ohnuki Y, Tsuneoka Y, Kurotani R, Suita Km Kawakami Y, Hamaguchi S, Abe T, Kiyonari H, Tsunematsu T, Bai Y, Suzuki S, Hidaka Y, Umemura M, Ichikawa Y, Yokoyama U, Sato M, Ishikawa F, Izumi-Nakaseko H, Adachi-Akahane S, Tanaka H, and Ishikawa Y.
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epac1 increases migration of endothelial cells and melanoma cells via FGF2-mediated paracrine signaling. (2014)
  • 著者名/発表者名: Baljinnyam E, Umemura M, Chuang C, De Lorenzo M, Iwatsubo M, Chen S, Goydos J, Ishikawa Y, Whitelock J, and Iwatsubo K.
  • 雑誌名: Pigment Cell & Melanoma Research. 巻: Epub ahead of print ページ: -
  • DOI: 10.1111/pcmr.12250. [Epub ahead of print]
  • 査読あり
• [雑誌論文] The prostanoid EP4 receptor and its signaling pathway. Pharmacol. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Iwatsubo K, Umemura M, Fujita T, and Ishikawa Y.
  • 雑誌名: Pharmacol Rev. 巻: 65 ページ: 1010-1052
  • DOI: 10.1124/pr.112.007195.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Type 5 Adenylyl Cyclase Increases Oxidative Stress by Transcriptional regulation of MnSOD via the Sirt1/FoxO3a Pathway. (2013)
  • 著者名/発表者名: Lai L, Yan L, Gao S, Hu CL, Hui G, Davidow A, Park M, Bravo C, Iwatsubo K, Ishikawa Y, Auwerx, J, Sinclair D, Vatner SF, and Vatner DE..
  • 雑誌名: Circulation. 巻: 127 ページ: 1692-1701
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.112.001212.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A role for Piezo2 in EPAC1-dependent mechanical allodynia. (2013)
  • 著者名/発表者名: Eijkelkamp N, Linley JE, Torres JM, Bee L , Dickenson AH,Gringhuis M , Minett MS, Hong GS, Lee E, Oh U, Ishikawa Y, Zwartkuis FJ , Cox JJ, and Wood, JN
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 4 ページ: 1682
  • DOI: 10.1038/ncomms2673
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hight-dose zoledronic acid narrows the periodontal space in rats. (2013)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y, Hirota M, Monden Y, Murata S, Koyama C, Mitsudo K, Iwai T, Ishikawa Y, and Tohnai I.
  • 雑誌名: Int J Oral Maxillofac Surg, 巻: 2 ページ: 627-631
  • DOI: 10.1016/j.ijom.2012.11.011.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Balancing GRK2/ Epac1levels prevents and relieves chronic pain. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wang H, Heijnen CJ, van Velthoven CTJ, Willemen HLDM, Ishikawa Y, Zhang X, Sood AK, Vroon A, Eijkelkamp N, and Kavelaars A.
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 123 ページ: 5023-5034
  • DOI: 10.1172/JCI66241.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adenylyl cyclase type 5 in cardiac disease, metabolism and aging. Am J Physiol Heart Circ Physiol. (2013)
  • 著者名/発表者名: Vatner SF, Park M, Yan L, Lee G, Lai L, Iwatsubo K, Ishikawa Y, Pessin J, and Vatner DE.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 巻: 305 ページ: H1-8
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00080.2013.
  • 査読あり
• [学会発表] 新生児期における浸透圧感受性TRPチャネルの役割. (2013)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子, 青木理加, 南沢 享, 石川義弘
  • 学会等名: 筋生理の集い
  • 発表場所: 東京慈恵会医科大学（東京都）
  • 年月日: 20131221-20131221
• [学会発表] Prostaglandin Eシグナルによるlysyl oxidase分解亢進が動脈管弾性線維の形成不良を引き起こす. (2013)
  • 著者名/発表者名: 南沢 享, 横山詩子, 青木浩樹, 中邨智之, 石川義弘
  • 学会等名: 生理研研究会―心血管膜輸送分子の構造・機能・病態の統合的研究戦略,
  • 発表場所: 自然科学研究機構生理学研究所（愛知県）
  • 年月日: 20131127-20131128
• [学会発表] 心臓型アデニル酸シクラーゼの選択的阻害剤ビダラビンによる不整脈治療の可能性. (2013)
  • 著者名/発表者名: 吹田憲治, 藤田孝之, 石川義弘
  • 学会等名: 生理学研究所研究会, ―心血管膜輸送分子の構造・機能・病態の統合的研究戦略,
  • 発表場所: 自然科学研究機構生理学研究所（愛知県）
  • 年月日: 20131127-20131128
• [学会発表] Therapeutic Effect of EP4 Antagonist on Advanced Abdominal Aortic Aneurysm. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Ishiwata R, Arakawa N, Suzuki S, Masuda M, Ishikawa Y.
  • 学会等名: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • 発表場所: Dallas, USA
  • 年月日: 20131116-20131120
• [学会発表] Decreased Serum Osmolality Augments the Closure of the Ductus Arteriosus in Neonates. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Aoki R, Ichikawa Y, Iwasaki S, Seki K, Nishimaki S, Yokota S, Minamisawa S, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 86th Scientific Session, American Heart Association
  • 発表場所: Dallas, USA
  • 年月日: 20131116-20131120
• [学会発表] Prostaglandin E2 Receptor EP4 Signaling in Vascular Smooth Muscle Decreased Elasticity of the Aorta. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Y, Yokoyama U, Iwamoto M, Yokota S, Minamisawa S, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • 発表場所: Dallas, USA
  • 年月日: 20131116-20131120
• [学会発表] Anti-fibrotic Effect of Prostaglandin E2-EP4 in the Heart. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata R, Yokoyama U, Inoue S, Ichikawa Y, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • 発表場所: Dallas, USA
  • 年月日: 20131116-20131120
• [学会発表] A novel nano-magnetic particle with cytotoxic and a novel technology of designing intrinsic ferromagnetism compound. (2013)
  • 著者名/発表者名: Umemura M, Eguchi H, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 72nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20131003-20131005
• [学会発表] A conventional anti-cancer drug designed artificially with ferromagnetic, EI2573M. (2013)
  • 著者名/発表者名: Iwai M, Umemura M, Sato I, Nagasako A, Feng X, Hoshino Y, Inoue S, Aoki I, Eguchi H, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 72nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20131003-20131005
• [学会発表] Cardiac overexpression of Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) prevents the development of doxorubicin-induced heart failure. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujita T, Cai W, Hidaka Y, Jin H, Jin M, Suita K, Ishikawa Y
  • 学会等名: European Socirty of Cardiology.
  • 発表場所: Amsterdam ,Netherladns
  • 年月日: 20130831-20130904
• [学会発表] 温熱治療における新規磁性抗がん剤の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川義弘
  • 学会等名: 第30回日本ハイパーサーミア学会
  • 発表場所: 横浜シンポジア（神奈川県）
  • 年月日: 20130830-20130831
  • 招待講演
• [学会発表] 抗がん作用を有する新規磁性微粒子を用いたハイパーサーミアへの応用. (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 格, 光藤健司, 梅村将就, 來生 知, 中島英行, 馮 先鋒, 江口晴樹, 石川義弘, 藤内 祝
  • 学会等名: 第30回ハイパーサーミア学会.
  • 発表場所: 横浜シンポジア（神奈川県）
  • 年月日: 20130830-20130831
• [学会発表] .大動脈瘤進展におけるプロスタグランディンE-EP4の役割. (2013)
  • 著者名/発表者名: 石渡 遼, 横山詩子, 石川義弘
  • 学会等名: 第6回大動脈分子病態研究会
  • 発表場所: 久留米大学循環器病研究所（福岡県）
  • 年月日: 20130822-20130823
• [学会発表] 出生後血清浸透圧変化からみた動脈管開存症発症リスク因子の検討. (2013)
  • 著者名/発表者名: 青木理加, 横山詩子, 藤田秀次郎, 市川泰広, 岩崎志穂, 関 和男, 西巻 滋, 横田俊平, 石川義弘
  • 学会等名: 第49回日本周産期新生児学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20130714-20130716
• [学会発表] Mouse Overexpressing Prostaglandin E Receptor EP4 in Vascular Smooth Muscle Cells Decreased Elasticity of the Aorta. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Y, Yokoyama U, Jin M, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 7th TAKAO International symposium
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • 年月日: 20130713-20130715
• [学会発表] Prostaglandin E2-EP4 signaling promotes secretion of the lipid-relating proteoglycan buglycan in human coronary arteries during development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kumagaya S, Yokoyama U, Sato A, Nishihara H, Inoue T, Minamisawa S, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 7th TAKAO International symposium
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • 年月日: 20130713-20130715
• [学会発表] Prostaglandin E2-EP4 signaling inhibits vascular elastic fiber formation in the ductus arteriosus. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata R, Yokoyama U, Jin M, Masuda M, Asou T, Sugimoto Y, Aoki H, Nakamura T, Minamisawa S, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 7th TAKAO International symposium.
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • 年月日: 20130713-20130715
• [学会発表] EP4シグナル制御による大動脈瘤の治療開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石渡 遼, 横山詩子, 石川義弘
  • 学会等名: 新学術領域 「自然炎症」+「脂質マシナリー」若手ワークショップ
  • 発表場所: ルネッサンスリゾート鳴門（徳島県）
  • 年月日: 20130702-20130704
• [学会発表] Inhibitor of cardiac adenylyl cyclase prevents atrial fibrillation in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Suita K, Cai W, Jin H, Jin M, Fujita T, Okumura S, Ishikawa Y
  • 学会等名: HD Physiology, the 2nd International Symposium
  • 発表場所: 丸ノ内ＭＵＰＬＡＺＡ（東京都）
  • 年月日: 20130628-20130629
• [学会発表] 新規抗癌剤を用いた口腔癌に対するハイパーサーミアの開発. (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 格, 光藤健司, 梅村将就, 江口晴樹, 石川義弘, 藤内 祝
  • 学会等名: 第37回日本頭頸部癌学会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都）
  • 年月日: 20130613-20130614
• [学会発表] Store-operated Ca2+ entry (SOCE) regulates melanoma progression. (2013)
  • 著者名/発表者名: Umemura M, Baljinnyam E, Lorenzo M.S.De, Feske S, Xie L, Ishikawa Y, Iwatsubo K.
  • 学会等名: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
  • 発表場所: Washington DC,USA
  • 年月日: 20130408-20130412
• [学会発表] Application of a novel nano-magnetic anti-cancer drug to hyperthermia. (2013)
  • 著者名/発表者名: Umemura M, Fukumura H, Sato I, Feng X, Izuka H, Eguchi H, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
  • 発表場所: Washington DC,USA
  • 年月日: 20130408-20130412
• [学会発表] Targeted drug delivery system and magnetic resonance imaging with intrinsic ferromagnetic nano-particle compound. (2013)
  • 著者名/発表者名: Eguchi H, Hirata K, Kurotani R, Fukumura H, Singh D.J, Yamamoto M, Sato I, Umemura M, Yamamoto M, Nagashima Y, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
  • 発表場所: Washington DC,USA
  • 年月日: 20130408-20130412
• [学会発表] Thermochemotherapy with controlled drug delivery using a novel magnetic anti-cancer drug. The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting, (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato I, Mitsudo K, Umemura M, Feng X, Fukumura H, Eguchi H, Nakashima H, Kioi M, Tohnai I, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
  • 発表場所: Washington DC,USA
  • 年月日: 20130408-20130412
• [学会発表] Novel thermo-chemotherapy using a new magnetic anti-cancer drug. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Feng X, Baba J, Nakashima H, Kioi M, Eguchi H, Tohnai I, Ishikawa Y
  • 学会等名: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
  • 発表場所: Washington DC,USA
  • 年月日: 20130408-20130412
• [図書] 遺伝子医学ＭＯＯＫ２４ 最新生理活性脂質研究 - 実験手法，基礎的知識とその応用 - 「大動脈瘤の進展とPGE2」. (2013)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、金 美花、石川義弘
  • 総ページ数: 312
  • 出版者: メディカルドゥ社
• [備考] 横浜市立大学大学院医学研究科 循環制御医学ホームページ
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seiri1/index.html
• [産業財産権] 三次元組織体及びその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 横山詩子、石川義弘、明石満、松崎典弥
  • 権利者名: 公立大学法人横浜市立大学、国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-212966
  • 出願年月日: 2013-10-10