【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】17K15086 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高浸透圧ストレス / HICC / ゲノムワイドsiRNAスクリーニング / ASK3 / ストレス / シグナル伝達

【研究成果の概要】

ナメクジに塩をかければ縮むように，細胞も細胞外溶液が細胞内溶液よりも高濃度の状態（＝高浸透圧ストレス）に晒されれば縮む．このままでは死ぬので，細胞は体積を回復して生き延びる．この際，細胞はそもそも高浸透圧ストレス状態を認識する必要があり，HICCというイオンを通すタンパク質をセンサーとして使うと考えられている．しかしHICCの具体的な実体は不明であった．そこで本研究では，ヒトの遺伝子情報を基に約２万ものタンパク質を１つずつ調べてHICCを構成するタンパク質の発見を試みた．結果，本期間中にHICCの実体だと証明するには至らなかったが，候補タンパク質や今後の足掛かりとなる知見を得ることに成功した．

【研究の社会的意義】

液体と接している細胞は常に浸透圧ストレスに晒されるリスクがあり，浸透圧ストレスに適切に応答する仕組みは細胞が生存する上で必須の基本的なシステムの１つである．さらに細胞はこのシステムを浸透圧ストレスに対抗する時だけでなく，分裂や移動する時など体積を変化させる細胞機能時にも利用すると言われている．つまり，このシステムの異常が高血圧やがん，炎症などの疾患に関わっている可能性がある．本研究はシステムを始動させるセンサー部分に着目したものであり，本成果を足掛かりにシステムの全貌解明に向けてさらに研究を発展させることで，様々な疾患に対する創薬基盤・治療戦略の開発に資することが期待される．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】17K07329 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質 / 蛋白質間相互作用 / 蛋白質工学 / 酸化ストレス / 細胞保護 / 生体分子 / シグナル伝達 / ストレス

【研究成果の概要】

ヒト脳神経細胞内に存在するニューログロビン(Ngb)は、酸化ストレスに伴う神経細胞死を防ぎ、また、通常酸素濃度正常状態では神経突起伸長を促す。本研究では、我々は、蛋白質工学的手法を用いて、ヒトNgbの作用機序の解明、及び、蛋白質間相互作用に着目した機能制御機構の解明に挑んだ。その結果、Ngbの働きに重要なアミノ酸残基や蛋白質間相互作用に重要なアミノ酸残基を明らかにできた。さらに、今回、新たに、Ngbと相互作用する蛋白質を発見することもできた。

【研究の社会的意義】

本研究により、脳卒中、脳梗塞など酸化ストレスに伴う神経細胞死を防ぎ、さらに神経再生を促す蛋白質であるニューログロビン(Ngb)の作用メカニズムがより詳細に明らかになった。また、Ngbが関わる蛋白質―蛋白質間相互作用についてもアミノ酸レベルで理解できるようになった。これらの研究成果は、脳卒中や脳梗塞のみならず、酸化ストレスに伴う他の疾患である癌、心筋梗塞、神経変性疾患などの治療薬開発にも役立つものと期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【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】機能生物化学

【研究領域課題番号】26440047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質 / ストレス / シグナル伝達 / 生理活性

【研究成果の概要】

ニューログロビン（Ngb）は酸化ストレスから神経細胞を保護する働きを持つ。以前、我々は、ヒトNgbが酸化ストレス下にヘテロ三量体G蛋白質αサブユニット（Gαi）と特異的に結合しGDP解離阻害因子として働くことを明らかにした。本研究では、ヒトNgbのGlu53, Glu60, Glu118が、Ngbの細胞保護能及びGαi1との結合に重要であることを明らかにした。さらに、ヒトGαi1のLys46, Lys70, Arg208, Lys209, Lys210がヒトNgbとの相互作用に重要であることを明らかにした。以上の結果をもとに、ヒトNgbとGαi1との複合体の構造モデルを提唱することに成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】25221302 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ASK1 / ASKファミリー / 酸化ストレス / 浸透圧ストレス / 小胞体ストレス / ミトコンドリアストレス / シグナル伝達 / ストレス

【研究成果の概要】

本研究では、（１）ASKファミリー複合体による酸化ストレス応答機構の解明、（２）ASK3による浸透圧ストレス依存的両方向性細胞応答機構の解明、（３）SOD1/Derlin-1結合による小胞体ストレスならびに亜鉛ホメオスタシス機構の解明、（４）PGAM5切断制御を介したミトコンドリアストレス応答機構の解明。という研究代表者が独自に見出したストレス応答機構について分子レベルから個体レベルまでの解析を行い、ストレス応答の新たな分子基盤の解明と、創薬応用への基盤作りを行った。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】213,980千円 (直接経費: 164,600千円、間接経費: 49,380千円)

【研究分野】水産化学

【研究領域課題番号】24248037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産業 / シグナル伝達 / 発現制御 / ストレス / 細胞・組織 / 脳・神経

【研究成果の概要】

魚類の視覚によるストレス負荷モデルの作成を行った．次いで，ストレスがエネルギー代謝に及ぼす影響を調べるために，組織中のタンパク質分解物をNanoLC-MS/MSを用いた定量的かつ網羅的に解析する定量的プロテオフラグメントーム解析手法を確立した．魚類筋組織ではタンパク質分解が定常的に起こっていること，絶食モデルでその分解が増大することが明らかとなった．過密ストレスおよび低温ストレスでは，魚種によって免疫系への影響が異なることなどが明らかにがった．次世代シークエンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析によって，マダイの炎症・免疫応答系遺伝子を同定した．γオリザノールにストレス緩和作用を確認した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-10-31 - 2015-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】22590814 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カロリー制限 / 心筋虚血 / 心保護 / 電子伝達系 / 脱アセチル化 / ミトコンドリア / sirtuin / SIRT1 / 再灌流傷害 / 遺伝子発現 / 補体 / 老化 / シグナル伝達 / ストレス

【研究成果の概要】

カロリー制限(以下CR)は、強力な虚血心筋保護効果を発揮する。我々は、CRは特定のミトコンドリア蛋白の脱アセチル化修飾を介して虚血ストレス時の活性酸素種産出を軽減し、心保護効果を発揮する可能性を見出した。このミトコンドリア蛋白修飾は、sirtuin familyによりもたらされていると推測された。次に我々は、心筋細胞特異的SIRT1欠損マウスを作製し、CR効果の発現には心筋細胞のSIRT1が必須であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】生物生産化学・生物有機化学

【研究領域課題番号】21580125 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

受容体 / ストレス / シグナル伝達 / ペプチド

【研究成果の概要】

受容体型キナーゼRPK1過剰発現植物が高い乾燥耐性および酸化ストレス耐性能を持つことを示した。RPK1は複合的なストレス環境など、自然の複雑な環境条件下での植物の適応反応に機能することが示唆された。さらに、システインリッチリピート(CRR)受容体型キナーゼCRK36が、植物の浸透圧ストレスおよびアブシジン酸応答を負に制御を行う新規因子であることを示した。CRK36は細胞質型キナーゼARCK1と受容体複合体を形成して下流のシグナル伝達を制御し、ストレス下における光合成の制御を行う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】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】19570121 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質 / 酵素 / ストレス / 脳・神経 / シグナル伝達 / 蛋白質工学 / グロビン蛋白質 / 細胞死保護 / 酸化ストレス

【研究成果の概要】

ニューログロビン(Ngb)は酸化ストレスに応答しシグナル伝達過程を制御することにより、神経細胞死を防いでいる可能性が高い。本研究では、この仮説を検証することを目的とした。その結果、神経細胞死抑制活性にヒトNgb の「GDP 解離抑制蛋白質」としての活性が極めて重要であることを実証した。また、魚のNgb が「細胞膜貫通特性」を持つことを発見し、さらに、蛋白質工学的手法を駆使することにより、培地に加えるだけで細胞内に導入され細胞を保護する新規人工蛋白質の創製にも成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】機能系基礎歯科学

【研究領域課題番号】17390492 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シグナル伝達 / MAPキナーゼ / ストレス / 自然免疫 / 感染症

【研究成果の概要】

我々は,恒常活性化型DASK1をショウジョウバエ個体に発現させた際,p38経路依存的にtyrosine hydroxylase(TH)の発現誘導を介してメラニン合成を亢進させることを見出した。また,DASK1によるTHの発現制御にはp38によるNR4Aファミリー転写因子のリン酸化制御が関わっていることが明らかとなり,さらに哺乳類細胞においてもこの経路が保存されていることが分かった。ショウジョウバエにおいては自然免疫応答におけるメラニン合成系の重要性が既に知られており,NR4Aファミリー分子のリン酸化制御機構が,ASK1-p38 MAPキナーゼ経路を介した自然免疫制御においても重要な役割を担うものと考えられる。また我々は,ASK1と高い相同性をもっ分子ASK2をASK1結合分子として同定した。ASK2はASK1と細胞内で複合体を形成することで,プロテアソームによる分解から免れて安定して存在し,ASK1との複合体を形成した状態で初めてMAP3Kとしてのキナーゼ活性を示し,過酸化水素などの酸化ストレスに対する反応性も示した。一方ASK2は,ASK1のキナーゼ領域内の特定のスレオニン残基をリン酸化することでASK1を活性化することも分かり,両者が互いの活性を上昇させる機構が存在することが示唆された。ASK2は,マウスの皮膚や腸管などの比較的ターンオーバーの盛んな上皮組織に多く発現している傾向があることから,粘膜免疫におけるASK1-p38経路の機能を制御する分子として重要な役割を担っているものと考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】14,800千円 (直接経費: 14,800千円)

【研究分野】病態科学系歯学(含放射線系歯学)

【研究領域課題番号】13470400 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

一酸化窒素(NO) / シグナル伝達 / MAPキナーゼ / アポトーシス / stress

【研究成果の概要】

われわれは、NOによって活性化されるMAPキナーゼ系の癌化機構への関与について研究を遂行した結果、以下の2点を明らかにした。1)JNKならびにp38を制御するキナーゼであるASK1が、NOによって強く活性化されること、ASK1ノックアウトマウス由来の胎児線維芽細胞ではNOによるp38の早期の活性化が消失していることが分かった。このことから、NOによって活性化されるMAPキナーゼ系の制御分子の1つとしてASK1が重要な役割をもつことが示唆された。2)細胞内カルシウムの増加に伴ってASK1が活性化されることを見いだした。細胞内カルシウムの増加によるNOの産生増加や、逆にNOによるカルシウムの恒常性の調節といった現象が報告されていることから、NOとカルシウムシグナル伝達系とは密接なつながりをもつと考えられている。そこでNOによるASK1-MAPキナーゼ系の活性化へのカルシウムシグナルの関与を検討するため、カルシウムによるASK1の活性化機構を検討した。細胞内カルシウムの増加によるASK1の活性化はCaMKインヒビターKN-93によって抑制されること、ASK1はカルシウム刺激依存的にCaMKIIと結合すること、さらに、活性化したCaMKIIはin vitroにおいてASK1の活性化に必須の部位のリン酸化を引き起こすことが分かった。さらに、ASK1ノックアウトマウス由来の胎児由来線維芽細胞でのカルシウムによるp38の活性化は、NO発生剤を用いた際と同じように、刺激後、早期の相だけが減弱していることが明らかとなった。以上のことからASK1がCaMKIIを介したカルシウムシグナルによるp38の活性化に必須の機能をもつことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】13,700千円 (直接経費: 13,700千円)

【研究分野】機能系基礎歯科学

【研究領域課題番号】13557150 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ストレス / シグナル伝達 / MAPキナーゼ / 生体材料

【研究成果の概要】

本研究は、炎症性サイトカインや様々な物理化学的ストレス刺激によって活性化され、細胞の生と死の制御に非常に重要なシグナルを伝達しているストレスシグナル伝達系に注目し、生体材料適合性・安全性の新たな評価系としてこの伝達系の活性化を指標とすることにより、医用生体材料の生体適合性・安全性の迅速かつ高感度な判定方法を全く新しい観点から構築することを目的とした。まず、ストレス感受性キナーゼであるJNKならびにp38の活性化を鋭敏に検出する系を確立し、さらにそれらの制御分子であるASK1が酸化ストレスによるJNK, p38の正常な活性化に必須であることを明らかにした。続いて、ASK1の活性化を鋭敏にモニターできる抗体の作製ならびにその評価を行った。我々はASK1のキナーゼ領域に存在する845番目のスレオニン残基のリン酸化がASK1の活性化に必須であることを見いだし、その部位のリン酸化状態を認識する抗体を作製した。この抗体は、これまでのin vitroキナーゼ解析によるキナーゼ活性評価法を上回る感度でASK1の活性化を認識しうることが確認された。この抗体を用いた生化学的な解析とASK1ノックアウトマウスのさらなる解析により、ASK1は酸化ストレスのみならず、小胞体ストレスによるアポトーシスの誘導にも必須の分子であることが明らかとなった。これらのことから、ASK1-MAPキナーゼ系は、予想以上の様々なストレスに対する反応性を規定する重要なシグナル伝達系であり、その活性化を捉えることが本研究の目指す生体材料評価系として非常に有用であることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】13,300千円 (直接経費: 13,300千円)