スフィンゴシン1-リン酸代謝経路に関わる遺伝子の同定と関連疾患の解析

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 生命応答を制御する脂質マシナリー
• 研究課題/領域番号: 25116701
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 脂質 / スフィンゴ脂質 / 脂質メディエーター / スフィンゴシン1-リン酸 / 代謝異常症 / 生体膜 / 脂肪族アルデヒドデヒドロゲナーゼ / グリセロリン脂質

研究概要

スフィンゴシン1-リン酸（S1P）は脂質メディエーターとしての機能だけでなく，スフィンゴ脂質をグリセロリン脂質へ代謝させる経路の分岐点に位置する代謝中間体としての側面も持つ。この代謝経路の反応の詳細や反応に関わる酵素の遺伝子は長い間不明なままであったが，最近我々はその殆どを明らかにすることに成功した。本年度我々は最後まで未同定であったS1P代謝経路の最後の反応を触媒するトランス-2-エノイルCoAレダクターゼをコードする遺伝子としてTERを同定することに成功した。TERはこれまで極長鎖脂肪酸の産生に働くことが報告されており，我々の結果はTERがスフィンゴ脂質代謝と極長鎖脂肪酸産生の２つの機能を持つことを示している。
ALDH3A2はS1P代謝に関わる脂肪族アルデヒドデヒドロゲナーゼとして我々が近年同定した遺伝子である。ヒトにおいてALDH3A2遺伝子変異は皮膚神経疾患であるシェーグレン・ラルソン症候群を引き起こすことが知られている。我々はAldh3A2ノックアウトマウスの解析を行い，ミエリン機能に重要な2-ヒドロキシガラクトシルセラミドが減少していることを見いだし，神経症状に対する発症メカニズムの知見を得た。一方，このノックアウトマウスでは明らかな皮膚症状は見られなかったが，この原因としてマウスの表皮ではAldh3A2と同様の活性を示すAldh3B2の発現が高いためであることを明らかにした。
我々はこれまでにフィトスフィンゴシンが奇数鎖脂肪酸に代謝されることを酵母を用いた解析から明らかにしてきたが，本年度は動物細胞でも同様にフィトスフィンゴシンが奇数鎖脂肪酸へと代謝されることを明らかにした。この代謝にはS1Pと同様にAldh3A2が関与していた。生体内の奇数鎖脂肪酸の供給源には不明な点が多かったが，我々は酵母の奇数鎖脂肪酸の約６割がフィトスフィンゴシンに由来することを明らかにした。

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

交付申請書に記載の項目については研究実績の概要に示した通り，殆ど全て達成することができた。ただし，TER変異を持つ非症候性精神遅滞の患者由来リンパ芽球細胞におけるスフィンゴシン1-リン酸の代謝異常に関して，このTER変異は極長鎖脂肪酸伸長には影響を与えたもののスフィンゴシン1-リン酸の代謝へは影響を与えなかった。

今後の研究の推進方策

TERに関しては極長鎖脂肪酸伸長とS1P代謝の２つの経路に関与することが分かったので，TERの２つの経路それぞれにおける活性調節機構を明らかにする。Aldh3H2ノックアウトマウスの解析については，電子顕微鏡を用いた詳細な形態学的解析を行い，病態の分子メカニズムを明らかにする。フィトスフィンゴシン代謝に関しては，新たな代謝経路を同定したので，その経路に関わる因子を同定していく。

研究成果

• [雑誌論文] Sphingosine 1-phosphate is a key metabolite linking sphingolipids to glycerophospholipids (2014)
  • 著者名/発表者名: Kihara A
  • 雑誌名: Biochimica et biophysica acta 巻: 1841 ページ: 766-772
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2013.08.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrin alpha9 on lymphatic endothelial cell regulates lymphocyte egress (2014)
  • 著者名/発表者名: 7. Ito K, Morimoto J, Kihara A, Matsui Y, Kurotaki D, Kanayama M, Simmons S, Ishii M, Sheppard D, Takaoka A, Uede T
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 111 ページ: 3080-3085
  • DOI: 10.1073/pnas.1311022111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate specificity, plasma membrane localization, and lipid modification of the aldehyde dehydrogenase ALDH3B1 (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitamura T, Naganuma T, Abe K, Nakahara K, Ohno Y, Kihara A
  • 雑誌名: Biochimica et biophysica acta 巻: 1831 ページ: 1395-1401
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2013.05.007
  • 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
• [雑誌論文] Identification of acyl-CoA synthetases involved in the mammalian sphingosine 1-phosphate metabolic pathway (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohkuni A, Ohno Y, Kihara A
  • 雑誌名: Biochemical and biophysical research communications 巻: 442 ページ: 195-201
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.11.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] スフィンゴシン1-リン酸の代謝経路の全容と中間代謝体としての重要性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木原章雄
  • 雑誌名: 生化学 巻: 85 ページ: 553-557
• [雑誌論文] スフィンゴシン1-リン酸の代謝経路 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木原章雄
  • 雑誌名: 遺伝子医学MOOK 巻: 24 ページ: 175-179
• [学会発表] スフィンゴシン1－リン酸代謝経路における還元酵素の同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若島健志, 安部健介, 木原章雄
  • 学会等名: 第12回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2013
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京）
  • 年月日: 20130914-20130915
• [学会発表] フィトスフィンゴシンの代謝経路の同定と奇数鎖脂肪酸への代謝 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野祐介, 近藤菜月, 山形麻旗, 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] Identification of long-chain base 1-phosphate metabolic pathway (2013)
  • 著者名/発表者名: Kihara A
  • 学会等名: FASEB Summer Research conferences (Lysophospholipid and Other Related Mediators - From Bench to Clinic)
  • 発表場所: ニセコヒルトンビレッジ（北海道）
  • 年月日: 20130804-20130809
  • 招待講演
• [学会発表] フィトスフィンゴシンは奇数鎖脂肪酸へと代謝される (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野祐介, 近藤菜月, 山形麻旗, 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
• [備考] 北海道大学生化学研究室
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/seika/index.html
• [備考] 新学術領域研究「生命応答を制御する脂質マシナリー」
  • URL: http://plaza.umin.ac.jp/lipids/index.html