【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】24240045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 / 細胞内Mgイオン / パーキンソン病 / 細胞内Caイオン / 興奮電位 / iPS細胞 / 螢光イメージング / 細胞死 / バイオイメージング / 蛍光プローブ / 細胞内Mgイオン動態 / ミトコンドリア / Ｍｇ動員 / GABA / リン酸化酵素 / 新規Mgプローブ / FRET / 一酸化窒素（NO）

【研究成果の概要】

(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死させるMPP+（1-methyl- 4-phenylpyridinium ion）で処理した。細胞内Mgイオン濃度と細胞死は強く相関し、MgイオンがMPP+による細胞死を緩和することを突きとめた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】遺伝・ゲノム動態

【研究領域課題番号】21570004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

モデル生物 / 小型魚類における組織再生 / ゼブラフィッシュ / トランスジェニ / Junb / JNK / 再生 / 小型魚類 / 細胞死 / トランスジェニック / 組織ホメオスタシス / シグナル伝達

【研究成果の概要】

多細胞体の組織ホメオスタシス機構の解明を目指し、ゼブラフィッシュ成体、幼生を使った再生機構の解析を行い、以下の成果が得られた。1)再生に必須のjunb, junblとJNKシグナルの役割を解明した。2)再生ニッチにおける細胞の形成と機能の解明のための、細胞追跡と除去が可能なトランスジェニックの作製を行った。3)再生欠損変異体の解析から、造血細胞に由来する再生細胞生存因子が存在することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】15770085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質工学 / シグナル伝達 / 酸化ストレス / 細胞死 / 人工制御 / 脳神経シグナル伝達系 / ニューログロビン / アミノアシルtRNA合成酵素 / 神経細胞化 / モジュール / センサー蛋白質 / 虚血・再灌流 / 脳 / 神経細胞死 / G蛋白質

【研究成果の概要】

1.トリプトファニルtRNA合成酵素(TrpRS)の酸化ストレス下での新規機能の解明
TrpRSは、tRNAにトリプトファンを結合させる反応(アミノアシル化)を触媒する酵素である。今回、ヒトのTrpRSの新規機能を探索したところ、酸化ストレス下で、ある有機化合物と複合体を形成することを発見した。現在、部位特異的アミノ酸置換体を作製し、分子レベルでの制御メカニズム、及び、生理機能の解明を目指している。
2.ニューログロビン(Ngb)の新規機能の探索
最近、ヒトNgbが、従来の酸素貯蔵するグロビン蛋白質とは異なり、三量体G蛋白質のαサブユニットと結合し、GDP/GTP交換反応抑制蛋白質(GDI)として機能する酸化ストレス応答性のシグナル伝達センサー蛋白質であることを発見した。さらに、魚類NgbのcDNAをクローニングし、大腸菌での蛋白質発現、蛋白質精製し、解析した結果、魚類NgbにはGDI活性がないことが判明した。今回、魚類、ヒトNgb間で、部位特異的なアミノ酸置換体、さらにモジュール置換した種々の蛋白質を作製し、細胞に対する生理機能を研究した。
3.Yeast two hybrid screening法によってNgbと結合することが判明した脳内蛋白質(G蛋白質以外)とNgbとの相互作用の解析
今回、システインプロテアーゼ阻害因子である"Cystatin C"、及び、脂質ラフト構成蛋白質である"Flotillin-1"とNgbとの相互作用に関して、部位特異的アミノ酸置換体を作製し解析を行った。また、複合体のモデリングを試みた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】人体病理学

【研究領域課題番号】15790192 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

前立腺がん / 細胞死 / シグナル伝達 / 前立腺癌

【研究成果の概要】

近年、我が国においても前立腺癌が増加しつつあり、その悪性度と細胞増殖、細胞死との関連が注目され、その機序の解明が求められている。本研究は、腫瘍細胞の増殖、細胞死と種々のシグナル伝達分子の発現や活性の解析を行い、前立腺癌の増殖、細胞死の分子機構を明らかにすることを目的とする。これらの成果は、高悪性度の前立腺癌の新たな診断法、治療法開発につながるものと考えられる。
ヒト前立腺癌手術材料(全摘)約100例に対して、STAT3とその活性化型であるリン酸化型(Tyr705)STAT3の発現を免疫組織化学にて検討した。両分子の発現と組織学的grade(Gleason score)、予後(再発率、PSA再上昇率)との相関を解析した。その結果、STAT3のリン酸化は病期、Gleason score、被膜浸潤と相関するが、脈管侵襲や神経周囲浸潤、精嚢浸潤とは相関しなかった。また、リン酸化型STAT3を高発現する腫瘍では、PSA再上昇率が高値であった。これらの結果からSTATを介するシグナル伝達系が前立腺癌の生物学的特性に関与していることが示唆された。更に、STAT3シグナルの上流に位置するIL6受容体やIL11受容体などのサイトカイン受容体やHGFの受容体であるc-Met、Aktとその活性化型であるリン酸化型Aktや細胞外マトリックスであるlamininの発現に関しても免疫組織学的に検討した。今後、これらのシグナル伝達経路とアポトーシスを調節する分子(特にBcl-2関連分子)との関連を前立腺癌細胞で検討していく予定である。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】14370271 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Hyperthermia / Heat sensitization / SAPK / JNK / DNA-PK / wortmannin / p53 / U937 Cells / Cell death / Apoptosis / 温熱 / シグナル伝達 / p53 null / U937細胞 / 細胞死、アポトーシス / 温熱高感受性 / Akt / Wortmannin / リン酸化特異抗体 / 細胞死 / セラミド / 温熱療法

【研究成果の概要】

本申請では、温熱感受性のメカニズム、温熱応答、特に細胞死に至るシグナル伝達と応答遺伝子、タンパク質を明らかにする。そして温熱治療に有用な感受性修飾法の開発を長期目標とする。細胞の生死は、p53経路と別に、細胞の生存・増殖に関わるMAPK(Mitogen activated protein kinase),AKT経路と細胞死に関わるSAPK(Stress activated protein kinase)経路のバランスによって決定されるという仮説について、p53がnullで機能していないが温熱高感受性のU937細胞を用い、以下の解明を行った。
1)温熱応答に至るセカンドメッセンジャー分子、上流のシグナル伝達経路について解明
2)シグナル伝達に続き誘導される遺伝子群や応答タンパクのうち、温熱応答、特に細死感受性に関与する因子
3)温熱細胞死におけるDNA-PKの役割とwortmanninの温熱増感への関与のメカニズム
以上の研究の中で、温熱処理などでアポトーシスを誘導する細胞において、既知分子量とは異なる52kDa(p52)のJNKが誘導されてくること。p52JNKの発現誘導は、p54JNKの発現量減少と関係関係があること、更にp52は、P54JNKのカスパーゼ-3,7による分解産物であることをカスパーゼ阻害剤、p54JNKのアミノ酸置換体により証明した。細胞死に至る経路としてJNKの活性化によりc-Mycが急速に減少し、特異的inhibitorなどでc-Mycの減少を起こすと細胞死が起こることを証明した。wortmanninが示す温熱増感作用のメカニズムに関して、リン酸化部位特異抗体を用いたwestern blottingを中心にした実験やJNKのdominant negative作用をもつ変異細胞を用いた実験等からAKT経路の抑制ではなく、SAPK/JNK経路の活性化の増強によると考えられる結果を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】12,800千円 (直接経費: 12,800千円)

【研究分野】免疫学

【研究領域課題番号】09044264 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サイトカイン / サイトカイン受容体 / シグナル伝達 / アポトーシス / 造血 / 生殖細胞 / 血管内皮細胞 / 発生 / オンコスタチンM / 血管内皮 / セルトリ細胞 / 始原生殖細胞 / 細胞増殖 / 細胞分化 / 細胞死 / 白血病

【研究成果の概要】

造血細胞の生存はサイトカインに依存しており、サイトカイン除去により細胞死が誘導される。我々はすでにこのサイトカインによる細胞死抑制機能にはサイトカインにより活性化されるRASが重要であることを示した。そこで、RASの変異体を用いてRAS下流のシグナル経路の解析を行い、RASはRAF/MAPキナーゼ経路とPI3キナーゼ経路の両方を介して細胞死を抑制していることを明かにした。一方、サイトカイン非存在下ではCaspase-3が活性化され、それがサイトカイン除去に伴う細胞死に重要であることも明らかにした。また、我々はサイトカインで誘導される分子としてオンコスタチンM(OSM)を同定していたので、その機能を検索した。造血発生の場として知られている胎生期のAGM(aorta/gonad/mesonephros)領域にOSMの発現を認め、マウスAGM領域の細胞を培養する系にてOSMが血球産生と血管内皮細胞の増殖を促進することを見いだし、OSMが血球と血管内皮に共通の前駆細胞hemangioblastsに作用する可能性を示した。さらに、この培養系を用いて、血球産生に必須な転写因子c-myb,AML-1の作用を解析した。また、OSMは生殖細胞とセルトリ細胞にも作用することを見いだした。さらに、マウスOSM受容体の生化学的解析およびマウスOSM受容体遺伝子クローニングにより、機能的な受容体の分子構造を明らかにし、ヒトOSMとの相違を明らかにした。

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】5,500千円 (直接経費: 5,500千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】07559018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サイトカイン / シグナル伝達 / 造血因子 / RAS / STAT / 細胞増殖 / 細胞分化 / 細胞死 / 造血 / JAK / レトロウイルス / アポトーシス / サイトカイン受容体 / JAKキナーゼ / 転写因子 / 分化

【研究成果の概要】

本研究では、IL-3/GM-CSFにより活性化される主要なシグナル経路であるRasとSTAT5の機能解析を行うとともに、それらの変異分子の作成と発現によるシグナル経路の制御法の開発を目指した。
サイトカインによる造血細胞の細胞死の抑制にRASの活性化が重要である。そこで、部分活性型RAS変異体を用いて細胞死抑制のシグナル解析を行った。その結果、RASはRAF/MAPキナーゼ経路とP13キナーゼ経路の両方を使って細胞死を抑制していることを明かにした。また、サイトカイン除去により誘導される細胞死においても、FASなどによる誘導的な細胞死と同様にCaspase-3が活性化されること、さらに、それがサイトカイン除去に伴う細胞死に重要であることを示した。しかし、RASによる細胞死の抑制とCaspaseの活性との関連は現在検討中である。
IL-3/GM-CSFなどの造血因子がSTAT5を活性化することを見出していたが、そのサイトカイン機能における役割は不明であった。そこで、STAT5の標的遺伝子のクローニングを行い、SH2ドメインのみをもつ新規分子CIS,IL-6ファミリーのサイトカインOncostatinM(OSM)などを得た。CISはSTAT5により誘導される分子でSH2ドメインによりチロシンリン酸化された受容体などに結合してサイトカインのシグナルを抑制する負の調節分子であることを証明した。また、OSMの発現および機能の解析から、OSMは血液幹細胞が発生するaorta/gonad/mesonephros(AGM)領域での発現が認められること、AGM由来の細胞の培養系にOSMを添加することで血液の産生が著しく増加することを見い出した。さらに、この培養系では血管内皮細胞の増殖もOSMにより促進されることなどから、OSMは血管内皮と血球の共通の前駆細胞であるhemangioblastに作用する可能性が示唆された。
優勢抑制型のSTAT5変異体を作成して、STAT5の機能を検討した。IL-3依存的に増殖するBaF3細胞に優勢抑制型STAT5を発現すると、IL-3依存的な細胞増殖が有為に抑制された。この結果はSTAT5で制御されている遺伝子が細胞増殖に関与していることを示唆する。一方、赤芽球系細胞株SKT6はEPOに応答して分子しヘモグロビンを産生する。この細胞にEPO受容体の変異体および優勢抑制型のSTAT5変異体を発現することで、STAT5の活性化がEPOによる赤芽球分化において重要であることが示された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1997

【配分額】7,600千円 (直接経費: 7,600千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】07409001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サイトカン / サイトカン受容体 / シグナル伝達 / 造血 / アポトーシス / 分化 / RAS / STAT / サイトカイン / サイトカイン受容体 / 血管内皮 / 発生 / 誘導遺伝子 / 細胞分化 / 造血因子 / JAK / Ras / 幹細胞 / 造血細胞 / 増殖 / 細胞死 / キナーゼ / 細胞増殖

【研究成果の概要】

IL-3/GM-CSF/IL-5受容体の変異体を使ったシグナルの解析からRASとSTAT5という二つの主要なシグナル伝達経路が明らかになってきたので、これらの活性化とサイトカイン機能との関連を中心に研究を展開した。造血細胞はその増殖だけでなく、生存にもサイトカインによる刺激を必要としており、RASの活性化は造血細胞においては細胞死の抑制に重要であることを明らかにした。さらに、RASはRAF/MAPキナーゼ経路とPI3キナーゼ経路の両方を使って細胞死を抑制していること、またサイトカイン除去による細胞死にもcaspaseが関与することなどを明かにした。一方、多くのサイトカインはSTAT5を活性化するが、その生理的意義を明らかにするために、STAT5誘導性遺伝子の分離を行い、SH2ドメインをもつ新規シグナル分子CIS,IL-6ファミリーのサイトカインOncostatin M(OSM)などを同定した。CISはサイトカインのシグナルをnegativeに制御する分子であることを示した。優勢抑制型のSTAT5変異体を用いた実験から、STAT5が造血細胞の細胞あるいは赤芽球分化に重要な機能をもつことを明らかにした。さらに、STAT5とRASによるシグナル経路がクロストークすることも示した。STAT5誘導遺伝子として同定されたOSMの機能の検索を行い、胎生期での血球発生過程や生殖細胞などに作用があることを示した。また、遺伝子クローニングによりOSM受容体の分子構造も明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1998

【配分額】36,500千円 (直接経費: 36,500千円)