血管内皮細胞接着分子のシアリル化に依存した機能発現
Sialylation-dependent endothelial cell adhesion molecule function
代表研究者

理化学研究所 北爪しのぶ

RIKEN Institute, Shinobu Kitazume

Antiangiogenesis therapies are now part of the standard repertoire of cancer
therapies, but the mechanisms for the proliferation and survival ofendothelial cells are not fully understood. In this study, we show that
α2,6-sialic acid is necessary for the cell-surface residency of platelet
endothelialcelladhesion

molecule(PECAM),

amemberof

theimmunoglobulin superfamily that plays multiple roles in cell adhesion,mechanical stress sensing, antiapoptosis and angiogenesis. As a possible
underlying mechanism, we found that the homophilic interactions of
PECAM in endothelial cells were dependent on α2,6-sialic acid. The presentfindings open up a new possibility that modulation of glycosylation could be
one of the promising strategies for regulating angiogenesis.

研究目的
我々は血管内皮細胞に高発現しているα2,6-シアル酸の生理的意義を調べている過程で、接着分子 PECAM には通常はα2,6-シアル酸が結合しているが、α2,6-シアル酸の欠損した血管内皮細胞において PECAM の細胞表面の局在量が減少していること、更に興味深いことに、α2,6-シアル酸の欠損した血管内皮細胞は PECAM 欠損細胞と同様に血管新生の変化が観察された。そのため、我々はPECAM がシアル酸依存的に動的高次機能複合体を形成する、いわば新規のシアル酸認識分子ではないか、との仮説を立てた。本研究においてはその分子機構の詳細を明らかにすることを目的として研究を行った。
研究経過
この仮説を証明するためにα2,6-シアル酸の形生成を担うシアル酸転移酵素
ST6Gal I（図１ 構造図参照）を遺伝的に欠損させたノックアウトマウス(（α2,6-シアル酸欠損マウス）)と、コントロールマウス(（野生型マウス)）の比較解析を行った。両マウスの肝臓から血管内皮細胞を単離し、解析した結果、α
2,6-シアル酸欠損細胞では、血管内皮細胞の主要な接着分子であるPECAMの局在変化が起きていることが分かった。また、PECAMはα2,6-シアル酸特異的なSSAレクチンと反応することから、PECAM自体にα2,6-シアル酸が結合していることも明らかにした。通常、PECAMは細胞表面、中でも細胞間接着部位に多く存在してPECAM同士が相互作用しているのに対し、α2,6-シアル酸欠損状態ではPECAMが細胞表面にとどまることができず、細胞内のエンドソームに取り込まれていた。この分子的背景として、PECAMがシアル酸依存的にホモフィリックな相互作用をしていることをin vitroの実験系で明らかにした。PECAMは、ミトコンドリ
ア依存的なアポトーシス刺激に応じて細胞内のITIM(Immunoreceptor tyrosine
inhibitory motif)領域がリン酸化される結果、脱リン酸化酵素（SHP2）を呼び寄せ、多数のシグナル分子の脱リン酸化を通じて細胞死を抑制する働きを持つ。しかし、α2,6-シアル酸欠損細胞ではPECAMのリン酸化やSHP2のリクルート量

図 1 Anti-apoptotic PECAM signal is dependent on a2,6-Sialic acid.α2,6-シアル酸依
存的に PECAM の生存シグナルはコントロールされるが減少していた。そして、α2,6-シアル酸を欠損した血管内皮細胞は、スタウロスポリンによるアポトーシス誘導刺激でより多くの細胞死を誘導していることが明らかになった。(J. Biol. Chem.285, 6515-6521(2010))
考察
現在、抗がん治療で使用されている抗血管新生阻害剤は、血管内皮細胞増殖因子(（VEGF)）を標的としているものが主流である。しかし、最近の動物実験の結果、これらの抗がん剤は、当初効果を発揮奏功するものの、その後は侵襲的ながんの増殖を促進し、場合によっては転移発生率が高くなるといった問題点が指摘されている。本研究成果によってα2,6-シアル酸が、血管内皮細胞の細胞死をコントロール制御していることを解明することができたことから、α2,6-シアル酸などの糖鎖を標的とした新たなタイプの抗血管新生阻害剤の開発の可能性が高まったと考えている。
研究発表
口頭発表
1.

S. Kitazume, R. Imamaki, K. Ogawa, Y. Komi, S. Futakawa, S. Kojima, Y.
Hashimoto, J. D. Marth, J. C. Paulson, and N. Taniguchi, α2,6-Sialic Acid on
Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule (PECAM) Regulates Its Homophilic
Interactions and Downstream Antiapoptotic Signaling, ICS2010, Chiba, Aug. 8,
2010

2. Shinobu Kitazume, Sialic acid-based homophilic PECAM interactions regulate
pathological angiogenesis, 第３２回日本分子生物学会シンポジウム口頭発表、2009 年 12 月 10 日（横浜）3. 北爪しのぶ、今牧理恵、小川加寿子、小見悠介、小嶋聡一、橋本康弘、Jamey
D. Marth、谷口直之「血管新生におけるα2,6-シアル酸の役割」第２９回日本糖質学会口頭発表、2009 年 9 月 9 日（飛騨）誌上発表
1. S. Kitazume, R. Imamaki, K. Ogawa, Y. Komi, S. Futakawa, S. Kojima, Y.
Hashimoto, J. D. Marth, J. C. Paulson, and N. Taniguchi (2010) α2,6-Sialic Acid on
Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule (PECAM) Regulates Its Homophilic
Interactions and Downstream Antiapoptotic Signaling J. Biol. Chem. 285,6515-6521. (This is featured by Research Highlight in Functional Glycomics
Gateway (2010) doi:10.1038/fg.2010.8 )2. K. Nakajima, S. Kitazume, T. Angata, R. Fujinawa, E. Miyoshi, and N. Taniguchi(2010) Simultaneous determination of nucleotide sugars involved in glycosylation
with ion-pair reversed–phase HPLC, Glycobiology 20, 865-871.
3. S. Kitazume#, R. Oka, K. Ogawa, S. Futakawa, Y. Hagiwara, H. Takigawa, M.
Kato, A. Kasahara, E. Miyoshi, N. Taniguchi, and Y. Hashimoto (2009) Molecularinsights into β-galactoside α2,6-sialyltransferase secretion in vivo Glycobiology 19,479-487.
4.

S. Futakawa, S. Kitazume, R. Oka, K. Ogawa,Y. A. Kinoshita, K. Miyashita and Y.
Hashimoto. (2009) Development of sandwich enzyme-linked immunosorbent assay
systems for plasma β-galactoside α2,6-sialyltransferase, a possible hepatic diseasebiomarker Analytica Chimica Acta 531, 116-120.