ヒト金属動態の解明に向けた金属輸送担体のin vivo輸送機能の再構築法の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 20H05495
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 康雄 東北大学, 薬学研究科, 講師 (70583590)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 臨床金属動態学 / 定量プロテオミクス / 血液脳関門 / 金属動態メカニズム / 再構築戦略 / ZNT / GPIアンカータンパク質 / SWATH法

研究実績の概要

血液脳関門の金属輸送をモデルとして、タンパク質存在量（mole）と単分子輸送活性（/mole）の統合によって、マウスの血液脳関門における金属輸送担体の輸送活性を再構築し、実測値と比較した。単分子あたりの輸送活性は、血液脳関門モデル細胞を用いて計測した。In vivo血液脳関門におけるタンパク質発現量を統合することによって血液脳関門の金属透過速度について再構築した結果は、マウスにおける透過速度の実測値とほぼ一致することが示され、in vivoの金属輸送速度を再構築できることが証明された。
ヒト病態組織への応用として、ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）組織における金属輸送担体の定量技術を開発した。従来法では、FFPE組織における定量結果は新鮮組織を全く反映しなかったが、技術改良によって新鮮組織における定量結果を良好に反映する網羅的タンパク質定量技術を開発することに成功した。ヒト病態組織における複数種類の金属輸送担体の定量に成功し、in vitro系で計測された単分子輸送活性と統合することによって、ヒトのin vivoの金属輸送担体の輸送活性を再構築できるようになった。
さらに、独自の定量プロテオミクスを用いた複数の領域内共同研究を実施し、成果の一例として、オルガネラの内腔に亜鉛を供給する初期分泌経路のZNT (ZNT5-ZNT6 heterodimer (ZNT5-6) およびZNT7 homodimer (ZNT7))が、細胞表面でのGPIアンカータンパク質の発現に必須であることを発見した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学
• [国際共同研究] コシャン研究所/パリ第五大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: コシャン研究所/パリ第五大学
• [国際共同研究] 東フィンランド大学/ヘルシンキ大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: 東フィンランド大学/ヘルシンキ大学
• [国際共同研究] スタンフォード大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スタンフォード大学
• [雑誌論文] A Human Blood-Arachnoid Barrier Atlas of Transporters, Receptors, Enzymes, Tight Junction and Marker Proteins: Comparison with Dog and Pig in Absolute Abundance (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Takeuchi H, Goto R, Braun C, Fuchs H, Ishiguro N, Takao M, Tano M, Terasaki T
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/jnc.15599
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SWATH-Based Comprehensive Determination of the Localization of Apical and Basolateral Membrane Proteins Using Mouse Liver as a Model Tissue (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano S, Goto R, Uchida Y
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: 10(2) ページ: 383
  • DOI: 10.3390/biomedicines10020383
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of Annexin A2 signaling at the blood-brain barrier in a mouse model of multiple sclerosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Tezuka K, Suzuki M, Sato R, Kawarada S, Terasaki T, Uchida Y
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: 160(6) ページ: 662-674
  • DOI: 10.1111/jnc.15578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pharmacoproteomics of Brain Barrier Transporters and Substrate Design for the Brain Targeted Drug Delivery (2022)
  • 著者名/発表者名: Huttunen KM, Terasaki T, Urtti A, Montaser AB, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03193-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Atlas of the Quantitative Protein Expression of Anti- Epileptic-Drug Transporters, Metabolizing Enzymes and Tight Junctions at the Blood-Brain Barrier in Epileptic Patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato R, Ohmori K, Umetsu M, Takao M, Tano M, Grant G, Porter B, Bet A, Terasaki T, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharmaceutics 巻: 13(12) ページ: 2122
  • DOI: 10.3390/pharmaceutics13122122
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and Validation of Combination Plasma Biomarker of Afamin, Fibronectin and Sex Hormone-Binding Globulin to Predict Pre-eclampsia (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Higuchi T, Shirota M, Kagami S, Saigusa D, Koshiba S, Yasuda J, Tamiya G, Kuriyama S, Kinoshita K, Yaegashi N, Yamamoto M, Terasaki T, Sugawara J
  • 雑誌名: Biol Pharm Bull 巻: 44(6) ページ: 804-815
  • DOI: 10.1248/bpb.b20-01043
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 亜鉛輸送をはじめとする肝臓トランスポーター群のタンパク質絶対発現量と局在の網羅的解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内田 康雄, 平野 誠巳, 寺崎 哲也
  • 学会等名: 生命金属科学 夏の合宿
• [学会発表] ヒト、ブタ血液クモ膜関門におけるタンパク質発現量解析及び輸送担体細胞膜局在の一斉解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内妃奈、後藤諒平、Magdalena Luczak、臼井拓也、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也、内田康雄
  • 学会等名: 日本医用マススペクトル学会第46回年会
• [学会発表] quantitative Global Absolute Proteomics （qGAP）法を用いたヒト脳毛細血管内皮細胞株（hCMEC/D3細胞）のヒト血液脳関門モデルとしての特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平良怜雅、平野誠巳、池田千絵美、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也、内田康雄
  • 学会等名: 日本薬剤学会第36年会
• [学会発表] アルツハイマー病患者の血液脳関門におけるグルコース・アミノ酸トランスポーターのタンパク質発現上昇 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木諒良、田野光敏、高尾昌樹、内田康雄
  • 学会等名: 日本薬剤学会第36年会
• [学会発表] 中枢関門における創薬標的を探索するための方法論の構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 手塚健太、内田康雄
  • 学会等名: 日本薬剤学会第36年会
• [学会発表] Central nervous system (CNS) barrier-targeting drug discovery as a new strategy for CNS disorder treatment: An example of multiple sclerosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenta Tezuka, Masayoshi Suzuki, Risa Sato, Shohei Kawarada, Tetsuya Terasaki and Yasuo Uchida
  • 学会等名: 36th JSSX Annual meeting
  • 招待講演
• [図書] Drug Delivery to the Brain - Physiological Concepts, Methodologies and Approaches - The second edition (2022)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida, R Goto, T Usui, M Tachikawa and T Terasaki
  • 総ページ数: 812
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究室ホームページ（内田康雄）
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~soutatsu/drug_design/