【研究領域課題番号】19K22483 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脂質 / 酵素 / 腸内細菌叢 / アレルギー / メタボローム / 生体分子 / 細胞・組織 / がん

【研究成果の概要】

本研究では、細胞外リン脂質分解酵素sPLA2を基軸に、脂質代謝の視点から腸内細菌叢の新規調節機構を解明することを目的とした。腸管に限局分布するsPLA2-IIA, -Xの各欠損マウスでは腸内細菌叢が変化し、これに伴い血中代謝物や糞便脂質が変化し、皮膚や脂肪組織に癌、アレルギー、肥満等と関連する表現型を発症した。欠損マウスを野生型マウスと同居飼育、またはよりクリーンな環境で飼育すると、両群間の腸内細菌叢に差が見られなくなり、皮膚や脂肪組織の表現型が消失した。このことから、腸管sPLA2は腸内細菌叢の制御を通じて遠隔臓器の病態発症に影響を及ぼすことが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

近年、腸内細菌叢の組成変化が腸疾患だけでなく遠隔組織の病態にも波及することが注目されている。したがって、腸内細菌叢が宿主に及ぼす影響とそのメカニズムを解明することは、国民のQOL向上を目指す上で学術的にも社会的にも重要である。本研究は細胞外リン脂質代謝酵素sPLA2の動作原理に関する概念を大きく転換させるものであり、脂質や腸内細菌叢の研究領域への学術的貢献度は高い。また社会的には、将来的にsPLA2の機能介入を通じて腸内細菌叢と宿主の相互作用をプレバイオティクスやプロバイオティクスにより人為的に調節できれば、新しい機序に基づく健康食品・医薬品の開発に結びつくことも期待される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2021-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】16K14495 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミド化合物 / アミド結合形成反応 / ペプチド / アデニル化酵素 / 求核置換反応 / ポリリン酸キナーゼ / D-アミノ酸 / バイオプロセス / 芳香族カルボン酸アミド / 酵素 / バイオテクノロジー / 遺伝子 / 生体分子 / 脂肪酸アミド / 生理活性

【研究成果の概要】

アミド化合物には生体分子や化成品など有用物質が多く、バイオプロセスによる効率的な合成法の開発が望まれている。研究代表者はカルボキシ基の酵素的アデニル化とアミンの求核置換反応によるアミド化合物合成法を開発している。本研究では本手法を拡張して合成可能なアミド化合物の多様化を検討した。Fatty acyl-AMP ligaseによる脂肪酸アミド合成法、非リボソーム型ペプチド合成酵素のアデニル化ドメインによる芳香族カルボン酸アミド及びD-アミノ酸含有ジペプチドの合成法を開発した。また、ポリリン酸キナーゼを利用した単一酵素によるAMPからのATP再生系を構築し、アミド合成プロセスの低コスト化を達成した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】環境・衛生系薬学

【研究領域課題番号】16H02613 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 細胞・組織 / 遺伝子 / リピドミクス / 遺伝子改変マウス / 疾患

【研究成果の概要】

本研究では、脂質代謝のボトルネック酵素の一つであるホスホリパーゼA2 (PLA2)ファミリーに注目し、各種PLA2サブタイプの網羅的欠損マウスの表現型解析を推進するとともに、リピドミクス解析を展開することで、脂質による健康環境調節とその破綻に基づく病態発症機序の解明を目指した。特に、外部環境との接触の場としての皮膚及び消化管の恒常性と疾患に関わる脂質経路の同定、その影響を受ける代謝・免疫等の遠隔組織の変容、更に外因性・内因性脂質の集積の場である生体膜リン脂質環境の新規調節機構を中心課題として解析を展開し、健康環境整備における脂質の新機能を明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究の最大の特色は、解析手段としてPLA2関連リパーゼ分子群の欠損マウスのラインナップを揃えている点にあり、これを駆使することで、各種疾患における多様なPLA2脂質経路の機能を明らかにしてきた。多系統のPLA2欠損マウスを総合的に比較するアプローチは世界に例を見ず、その学術的独創性、新規性、優位性は明らかである。本研究は、様々な疾患に関して脂質の視点から新たな学術的理解を与えるとともに、新しい知的財産の取得や疾患の治療予防法の開発に資するものである。更に、安全な食及び健康長寿社会の実現への貢献、広範な生命科学研究への波及効果が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】15K14957 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 細胞・組織 / 脂質 / 生体分子 / 肝臓 / 代謝 / 遺伝子改変マウス / メタボローム / 組織・細胞

【研究成果の概要】

コリンは栄養素として外因性に供給される以外に、細胞膜ホスファチジルコリン（PC）の分解からも生じるが、本代謝経路を担う酵素の実体と意義は不明であった。我々は脂質代謝酵素PNPLA8（ホスホリパーゼA）とPNPLA7（リゾホスホリパーゼ）の欠損マウスの解析を通じて、PNPLA8→PNPLA7経路が肝臓においてPCから内因性コリンを動員する主経路であることを明らかにした。本経路が遮断されるとコリン及びその下流代謝物が激減し、成長遅延、早老、白色脂肪褐色化、低血糖、VLDL低下、ケトン体増加、脂肪肝、神経変性を発症する。本研究は、PCのリサイクル利用の生物学的重要性を初めて明らかにしたものである。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】26289318 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオテクノロジー / 遺伝子 / 酵素 / 生体分子 / 生物・生体工学 / ペプチド / アミド化合物 / 酵素工学

【研究成果の概要】

多様な機能を有するアミド化合物の中でも、抗体に代わる中分子医薬品として注目されているペプチドには、血圧降下作用をはじめ抗酸化や抗疲労さらには呈味性を有するものなど多く、効率的なペプチド合成法の開発が望まれている。研究代表者は、無保護のアミノ酸から任意のジペプチドを合成可能な新規酵素を多数取得しており、それらを利用して塩味増強効果を有するジペプチドの探索や酵素の機能改変による効率的な合成プロセスを開発した。一方、汎用性のあるアミド化合物の新規合成法も開発しており、合成可能なアミド化合物の多様性を拡張した。併せてAMPやADPからのATPの再生系を構築し、プロセスの低コスト化を達成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】血液内科学

【研究領域課題番号】26461415 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

血液腫瘍学 / 血液内科学 / 生体分子 / 細胞・組織 / 血管新生 / 酵素

【研究成果の概要】

アンジオクライン分子とは、血管内皮由来の生理活性物質の総称である。研究代表者らは、本研究を通じて、白血病・リンパ腫病態における各種サイトカイン、増殖因子に代表されるアンジオクライン分子群の動態と機能、さらに、やはりアンジオクライン分子に属するマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)、血液線維素溶解系因子群等の各種プロテアーゼ活性との相互作用を明らかにした。加えて、代表者らは、線溶阻害剤やプラスミノーゲン活性化抑制因子(PAI-1)阻害剤による線溶系調節による白血病・リンパ腫、そして免疫・炎症性疾患に対する分子療法開発の基盤形成に至ったことから、本研究計画当初の目的、目標にかなった業績を残した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【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】生物系薬学

【研究領域課題番号】25670032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 遺伝子 / 組織・細胞 / 遺伝子改変マウス / メタボローム / 病態 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

本研究では、機能未知のPLA2サブタイプであるPNPLA7がリゾホスファチジルコリン (LPC)→グリセロホスホコリン（GPC）の代謝を担うリゾホスホリパーゼとして働くことを見出した。リゾホスホリパーゼは従来、細胞膜溶解性のLPCを消去する解毒酵素として認識されており、その実体やGPC産生酵素としての意義は着目されていなかった。本研究は、申請者が独自に樹立したPNPLA7欠損マウスを解析した。その結果、PNPLA7は膜リン脂質からのGPCの産生を通じて肝臓のコリン・メチオニン代謝を制御する重要な分子であることを明らかにした。本研究は，リゾホスホリパーゼの生理的意義を解明した初めてのものである。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】25293073 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御 / メチル化 / 長鎖非コードRNA

【研究成果の概要】

我々はcyclin D1遺伝子プロモーターから転写される非コードRNA(プロモーター由来ncRNA-D)が、RNA結合タンパク質TLSとの結合を介してその遺伝子発現を抑制することを示した(Nature 454:126-30,2008)。TLSはpncRNA-Dの5末端側32-62を標的としていた。この領域は3末端側でステム-ループ構造をとるが、TLSは5末端32-44の直鎖状部分に強く結合していた。さらに、HeLa細胞の高浸透圧処理により、pncRNA-Dのアデノシン特異的メチル化が低下すると、逆にTLS結合が上昇した。現在、TLSのメチル化とRNA結合についても鋭意解析を進めている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】24390021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 遺伝子 / 組織・細胞 / 遺伝子改変マウス / リピドミクス / 病態 / 細胞・組織 / 分子生物学 / ホスホリパーゼ / ノックアウトマウス / リン脂質 / 脂肪酸

【研究成果の概要】

本研究では、機能未知のホスホリパーゼA2（PLA2）分子種の欠損マウスを作出導入し、各PLA2が関わる生命応答を明らかにすること（機能的脱オーファン化）を目指した。その結果、 (1)sPLA2-IIEはリポタンパク質代謝を介して肥満の調節に関わること、(2)sPLA2-XIIAは組織マスト細胞の活性化と獲得免疫応答に関わること、(3)PNPLA7/iPLA2θは肝臓のコリン代謝の制御を介して全身の代謝調節に関わること、(4)PNPLA1/ iPLA2κはセラミド代謝を介して皮膚バリア機能に関わることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】神経内科学

【研究領域課題番号】23659461 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御

【研究成果の概要】

RNA 結合タンパク質 TLS は筋萎縮性側索硬化症(ALS)の原因遺伝子として報告された。 この ALS 変異型 TLS には、アルギニン特異的(ARG)メチル化酵素 PRMT5 の結合が消失していた。そこで、変異型 TLS は ARG メチル化消失とそれに伴うタンパク質結合の異常から、不溶性凝集体を形成して ALS を発症する仮説を立てた。本研究の目的は、この仮説の検証と変異型 TLS の PRMT5 結合を回復させる RNA リガンド作成である。今回、TLS の ARG メチル化機構の詳細を明らかにし、RNA リガンド候補を得ることに成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】22390057 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御

【研究成果の概要】

我々は、 cyclin D1 遺伝子プロモーターから転写される(promoter-derived noncoding: pnc)RNA が、その発現を抑制することを発見した(Nature 454: 126-30, 2008)。この pncRNA の転写開始点を決定し、pncRNA の転写を誘導するタンパク質の精製を試みた。その結果 DNA 修復系タンパク質 5 種類と核構造体 paraspeckle 構成タンパク質 2種類の合計 7 種類のタンパク質が同定された。この成果は、 pncRNA 転写には DNA 修復系が関与し、転写の場は paraspeckle であることを示唆している。この成果は、ncRNA 転写に新境地を開拓することになる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】19350087 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素化学 / 核酸 / 酵素 / 生体分子 / ゲノム / 進化

【研究成果の概要】

生命は真核生物、真正細菌、古細菌の3つに分類される。本研究では、この3つの生物界で、RNA修飾酵素の構造と機能がどう異なっているかを調べた。その結果、新たにマルチサイト特異性酵素を発見し、葉酸依存性RNAメチル化酵素のX線結晶構造解析に成功し、その触媒機構を提案し、タンパク質ノット型RNAメチル化酵素の基質RNA認識が多段階からなっていることを証明し、さらにRNA修飾ネットワークが存在することを発見した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】17300116 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 酵素 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子 / カルシウム / キナーゼ / 低分子量GTP結合蛋白質 / アクチン

【研究成果の概要】

本研究では、Rho活性やカルシウム流入のより生じる神経アクチン細胞骨格などの再編成機構と、その下流の生理作用などについて探索した。
まず樹状突起形成・伸展を制御するCaMK分子種を調べた。大脳皮質培養細胞の樹状突起形成は、CaMKIα、CaMKIIやCaMKIVのRNAiでは全く阻害されず、CLICK-III/CaMKIγのRNAiのみ顕著な短縮とRac活性の低下が明らかとなった。さらなる実験から、CLICK-III/CaMKIγ一STEF-Rac経路の重要性が示された(Takemoto-Kimura et al.改訂中)。
続いて、CaMK類似キナーゼであるCLICK-I/DCAMKL1およびCLICK-II/DCaMKL2の樹状突起形態に対する影響を調べたところ、doublecortin領域を有するアイソフォームでは、過剰発現により微小管bundlingを起こすが、アクチン骨格への大きな影響は見られなかった(Ohmae et al. J. Biol. Chem. 2006)。
上記の過程で、lipofection、adenovirus、遺伝子銃による遺伝子導入法の最適化を行い、スパインにおけるPSD-95変異体の機能異常(Nonaka et al.,J. Neurosci.,2006)や、アクチン線維・カルシウム流入による海馬・Purkinje細胞樹状突起における、cortactinやShankの局在変化を明らかにした(Iki et al.,Eur. J. Neurosci. 2005; Fuse et al.準備中)。
さらに、幼弱細胞の移動時にはRho-mDial依存的アクチン骨格再編成により、ApcやSrcの複合体の位置が制御されていることを解明した(Yamana et al. Mol. Cell Biol. 2006)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,100千円 (直接経費: 15,100千円)

【研究分野】極限環境生物学

【研究領域課題番号】17613003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核酸 / 酵素 / 生体分子 / ゲノム / 進化 / RNA修飾 / 好熱菌 / tRNA / RNAメチル化酵素

【研究成果の概要】

本研究により、明らかとなった学術的知見は多岐にわたりますが、当初予定した三つの主要課題に照らし合わせつつ、記述すると下記のようになります。
(1)高温環境下の試験管内で、きちんと動作するRNA修飾系を組み立てる。
RNA修飾系において、RNAの構造安定化因子は(i)修飾ヌクレオシド自身(ii)RNA結合タンパク質(iii)ポリアミン(iv)塩類の4つであると思われます。細胞内における塩類濃度・組成は、ほぼ一定と予想されますので、in vitro実験系で重要な因子は、(i)〜(iii)であると思われます。
そこで、とくにポリアミンに焦点を絞り、高度好熱菌Thermus thermophilusの生産する特異的ポリアミン、カルドヘキサミンやテトラキスアミンが高温環境下でのRNA修飾に有効に作用することを見いだしました。
(2)RNAメチル化酵素の基質認識機構を生化学的に調べる。
超好熱菌Aquifex aeolicusのtRNA(m^1G37)メチル化酵素[TrmD]やtRNA(m^2_2G26)メチル化酵素[Trm1]が全く新規なRNA認識機構をもつ酵素であることや、真核生物のtRNA(m^7G46)メチル化酵素[Trm8/Trm82複合体]が真正細菌由来酵素に比較して、より厳密なRNA認識機構をもつことを見いだしました。
(3)RNAメチル化酵素の基質RNA認識がどのようなタンパク質構造によってもたらされるかを明らかにする。
TrmHに関して、保存されている塩基性アミノ酸残基に着目し、そこに変異を導入することにより、tRNAの初期結合に関する部位と触媒反応の進行に伴ってtRNAと会合する部位を明らかにすることができました。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)