Pin1関連分子群を利用した加齢疾患の予防・診断・創薬

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26252064
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 隆史 東北大学, 農学研究科, 教授 (80312239)
• 研究分担者: 内田 千代子 福島大学, 人間発達文化学類, 教授 (80312776) ; 今村 博臣 京都大学, 白眉センター, 准教授 (20422545)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: プロリン異性化酵素 / 加齢疾患 / Pin1 / Gas7b / Tau / FRET / NO

研究実績の概要

Pin1による基質リン酸化タンパク質の構造変化について解析する目的で、FRETを応用した。Pin1自身の構造変化をみるPin1-FRETと代表的なPin1の基質であるc-mycの構造変化を見るMYC-FRETの作成を行った。どちらもin vitroでの相対的な測定は可能なものができたが、まだ測定の絶対値が低く細胞への応用は不可能である。Tauの構造変化を測定するTau-FRETはTauのリン酸化の制御が難しく再現性のある結果が得られていない。繰越金をお認めいたき研究を行ったのは本研究の過程でTauの凝集をPin1類似タンパク質が制御している可能性があるという結果を得たからである。本研究はアルツハイマー病治療にきたいできるものであり現在も詳細な検討を行っている。Tauには多くのリン酸化部位があるので実験は大変難しいが重要なテーマであるので着実に研究をおこなっている。 一方、副産物であるが大きな成果もあげた。この研究の過程で加齢疾患に関与する。Pin1は、血管内皮細胞や神経細胞で、一酸化窒素産生酵素の分解や活性制御に関与していることが報告されている。広義の活性酸素であるNOは循環器や脳や神経の疾患と関連がある。この研究を進めるためにはNOをリアルタイムで想定する方法が必要であると考えた。我々は根粒菌の硝酸センサーシステムに関与するタンパク質が応用できることを見出した。根粒菌のシステムを応用した細胞内での測定系を構築し、現在詳細な検討を行っている。
マウス各器官でのPin1関連分子群の発現をWestern blotで調べた。Pin1-KOマウスではPar14の発現が低下しており、Pin1の機能をPar14が相補している可能性が考えられた。Tauの微小管重合促進能および凝集とPin1、Gas7bがどのように関係しているのかについて検討を行っている。Crisper/Cas9システムを用いてPin1欠損、Par14欠損、両遺伝子ともに欠損の３種類の細胞を作成している。

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

Pin1による基質リン酸化タンパク質の構造変化について解析する目的で、FRETを応用し、Pin1自身の構造変化をみるPin1-FRETはin vitroでの測定が可能となり、Pin1阻害剤とPin1の結合をPin1の構造変化でリアルタイムで検出することを可能にした。Tauの凝集をPin1および類似タンパク質のGas7bが変化させていることを見出した。現在詳細な検討を行っている。本研究はアルツハイマー病治療に応用が期待できるものであり詳細な検討を行っている。さらに、Pin1は、血管内皮細胞や神経細胞で、一酸化窒素(NO)産生酵素の分解や活性制御に関与していることが報告されている。広義の活性酸素であるNOは循環器や脳や神経の疾患と関連がある。この研究を進めるためにはNOをリアルタイムで想定する方法が必要であると考え、根粒菌の硝酸センサーシステムをまず明らかにした。このセンサータンパク質でFRET系を作成し細胞内の硝酸を測定できる可能性を見出した。硝酸はNOの代謝産物でありNOの半減期が短いことからほどNOと同一のものとみなされているので実質的なNOのリアルタイムイメージングを可能にする方法になると期待できる。マウス各器官でのPin1関連分子群の発現を調べ、Pin1の機能をPar14が相補している可能性を示した。Par14は申請者が発見した分子でありその機能の解明は独創性が高い。Crisper/Cas9システムをいち早く取り入れ速やかに研究を進めている。

今後の研究の推進方策

Pin1-FRET解析法の感度を高め、in vitroでPin1と基質との相互作用を定量的に解析できるシステムにする。根粒菌の硝酸センサーシステムタンパク質でFRET系を作成し細胞内の硝酸を測定できる方法として完成させる。Pin1の機能として、間葉系幹細胞の未分化の維持とまた分化促進作用について明らかにする。Pin1と加齢疾患の関連では、心疾患、癌（薬剤耐性）、糖尿病、肥満に関して検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Seoul National University/Sungkyunkwan University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University/Sungkyunkwan University
• [雑誌論文] Pin1 Promotes Neuronal Death in Stroke by Stabilizing Notch Intracellular Domain. (2015)
  • 著者名/発表者名: Baik SH, Fane M, Hyung PJ, Cheng YL, Yun UJ, Choi Y, Park JS, Chai B, Park JS, Back SH, Jeong JI, Jang YJ, Bahn G, Lee JY, Li YI, Sobey C, Uchida T, Park JH, Kim HT, Tang S, Arumugam T and Jo DG.
  • 雑誌名: Annals of Neurology 巻: 77 ページ: 504-516
  • DOI: 10.1002/ana.24347
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphatidylethanolamine plasmalogen enhances the inhibiting effect of phosphatidylethanolamine on γ-secretase activity (2015)
  • 著者名/発表者名: Onodera T, Futai E, Kan E, Abe N, Uchida T, Kamio Y and Kaneko J.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 157 ページ: 301-305
  • DOI: 10.1093/jb/mvu074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurotensin Enhances Sperm Capacitation and Acrosome Reaction in Mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiradate Y, Inoue H, Kobayashi N, Shirakata Y, Suzuki Y, Gotoh A, Roh SG, Uchida T, Katoh K, Yoshida M, Sato E, Tanemura K
  • 雑誌名: Biology Reproduction 巻: 91 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1095/biolreprod.113.112789
  • 査読あり
• [雑誌論文] The nitrate-sensing NasST system regulates nitrous oxide reductase in Bradyrhizobium japonicum (2014)
  • 著者名/発表者名: Sanchez C, Itakura M, Okubo T, Matsumoto T, Yoshikawa H, Gotoh A, Hidaka M, Uchida T, and Minamisawa K
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 10 ページ: 3263-3274
  • DOI: 10.1111/1462-2920.12546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pin1 regulates osteoclast fusion through suppression of the master regulator of cell fusion DC-STAMP. (2014)
  • 著者名/発表者名: Islam R, Bae HS, Yoon WJ, Woo KM, Baek JH, Kim HH, Uchida T, and Ryoo HM
  • 雑誌名: Journal of Cellular Physiology 巻: 229 ページ: 2166-2174
  • DOI: 10.1002/jcp.24679
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A High-Throughput Screen for Inhibitors of the Prolyl Isomerase, Pin1, Identifies a Seaweed Polyphenol that Reduces Adipose Cell Differentiation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mori T, Hidaka M , Ikuji H, Yoshizawa I, ToyoharaH, Okuda T, Uchida C, Asano T, Yotsu-Yamashita M, and Uchida T
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 78 ページ: 832-838
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.905189
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of prolyl isomerase Pin1 in pathogenesis of diseases and remedy for the diseases from natural products (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi K, Shimizu T, Kosaka K, Hidaka M, Uchida C, and Uchida T
  • 雑誌名: Current Drug Target, 巻: 15 ページ: 973-981
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diversity in ATP concentrations in a single bacterial cell population revealed by quantitative single-cell imaging. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yaginuma, H, Kawai, S, Tabata, KV, Tomiyama, K, Kakizuka, A, Komatsuzaki, T, Noji, H, *Imamura, H.
  • 雑誌名: Science Report 巻: 4 ページ: 6552
  • DOI: 10.1038/srep06522
  • 査読あり
• [学会発表] マウス卵子および初期胚におけるPin1の局在解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋さゆり et al
  • 学会等名: 日本卵子学会
  • 発表場所: 栃木県総合文化センター（栃木県宇都宮市）
  • 年月日: 2015-05-30
• [学会発表] プロリン異性化酵素Pin1によるGSK3bおよびCaMKIIの制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 馬場貴大 et al
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2015-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Pin1 gene deficient mice impaired spatial cognitive function and exhibited frontotemporal lobar atrophy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtake H et al
  • 学会等名: 日本解剖学会総会･日本生理学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] プロリン異性化酵素Pin1による脳内CaMKIIの活性と安定性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金井研太 et al
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-27
• [学会発表] Pin1の構造変化を可視化するFRETセンサータンパク質の改良 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡部恵美子 et al
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-27
• [学会発表] Pin1阻害剤としてのポリフェノール類の構造・機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小坂啓太 et al
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Pin1/p53ダブルノックアウトマウス由来 脂肪由来間葉系幹細胞株の 樹立と解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐伯俊幸 et al
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-25
• [学会発表] 根粒菌の二成分制御システムを利用したNO3－/NO2－バイオセンサーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤愛那 et al
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 発表場所: 京都国際会館 （京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-17
• [学会発表] 細胞エネルギーを可視化する (2014)
  • 著者名/発表者名: 今村博臣
  • 学会等名: 日本バイオイメージング学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-09-06