課題番号：２４指００１
研究課題名：生体膜脂質生合成メカニズム解明と脂質バイオマーカーの探索
主任研究者名 ：清水孝雄
分担研究者名 ：キーワード ：生体膜リン脂質、リゾリン脂質アシル転移酵素、生理活性脂質、脂質バイオマーカー
研究成果：平成２９年度には合計１０報の英文原著論文を発表した。
代表的な論文の要約を以下に示す。
DHA 含有リン脂質低下による視覚機能異常
Shindou et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12054-64
生体膜の役割は細胞の膜としての機能の他に、シグナル伝達や脂質メディエーター前駆体貯蔵としての役割も担う。その主成分の一つがグリセロリン脂質（以下、リン脂質）であり、グリセロール骨格sn-1 位と 2 位に脂肪酸、3 位に極性基を保有している。２本の脂肪酸は炭素数や二重結合の数、結合様式が異なるため、様々な分子種のリン脂質が存在する。
本研究では、ドコサヘキサエン酸（DHA）含有リン脂質に注目した。私たちは既に DHA 含有リン脂質を生合成するリゾホスファチジン酸アシル転移酵素３（LPAAT3）を報告している(Yuki et al. J. LipidRes. 2009, Koeberle et al. FASEB J. 2010)。LPAAT3 欠損マウス網膜では、DHA 含有リン脂質低下に伴い、視覚機能を失っていることが網膜電図（electroretinogram, ERG）解析によりわかった。質量顕微鏡（Imaging MS）解析により DHA 含有リン脂質は視細胞の層に多く、また LPAAT3 欠損マウスの視細胞外節膜や外顆粒層は薄くなっていた。詳細な電子顕微鏡観察より視細胞の disc の構造や配置に異常があることがわかった。LPAAT3 が生合成する DHA 含有リン脂質は視細胞 disc 形成や維持に重要であることがわかった。
DHA 含有リン脂質低下による雄性生殖不妊
Hishikawa-Iizuka et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12065-76
LPAAT3 欠損マウス精巣での DHA 含有リン脂質低下に伴い、精子形態異常が確認された。欠損マウスは異常精子数が多く、自然交配や人工授精もほぼ成功しない雄性生殖不妊であった。LPAAT3 は精子やライディッヒ細胞に発現し、精子成熟に伴い上昇して DHA 含有リン脂質も増やす。この成熟過程では精子の細胞質成分がセルトリ細胞のエンドサイトーシス（tubulobulbar complex, TBC を形成）によって除去される。このステップに DHA 含有リン脂質の柔軟性が重要であると推測している。
以上の２報は DHA 含有リン脂質の視覚と生殖における分子機能の一端の報告となった。
Hori, T., et al. (2017) Nature Chemical Biology. 14, 262-269
ロイコトリエン B4 は白血球遊走他炎症に深く関わる生理活性脂質であり、清水等のグループが単離し、Nature (1997)に発表したものである。当研究室と理研、順天堂大などとの共同研究により、逆アゴニスト（inverse agonist）を結合した状態の受容体結晶構造を明らかにした。逆アゴニストは現在、最も強力な受容体拮抗薬と考えられており、本構造の解明により新たな抗炎症剤、抗線維症薬などの開発が期待されている。なお、本受容体はアラキドン酸由来のエイコサノイド受容体としては初めての立体構造の解明であり、その波及効果は非常に大きい。

Subject No.

：24-001

Title：Analysis of cellular membrane phospholipid biosynthesis and screening of lipid

biomarkers
Researchers ：Takao Shimizu
Key word：Cellular membrane phospholipid, Eicosanoid, Lipid biomarker

Abstract：

Totally, 8 original articles and 2 review articles were published in 2017
Among them, representative articles are shown here.

Shindou et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12054-64
Cellular membranes contain several classes of glycerophospholipids, which possess one polar head and two fattyacids. Polyunsaturated fatty acids such as docosahexaenoic acid (DHA) are located at the sn-2 position ofglycerophospholipids in an asymmetrical manner. Although DHA has essential roles in the retina and the testis,
little information on the molecular mechanism is available. We previously identified lysophosphatidic acidacyltransferase 3 (LPAAT3) as a PL-DHA biosynthetic enzyme (Yuki et al. J. Lipid Res. 2009, Koeberle et al.
FASEB J. 2010). Here, using LPAAT3-knock-out (LPAAT3-KO) mice, we found that LPAAT3-KO mice
showed abnormalities in the retinal layers and impaired visual function, as well as disordered disc morphology inphotoreceptor cells. Comprehensive phospholipid analyses and imaging mass spectroscopy revealed loss ofphospholipid containing DHA (PL-DHA) in the retina especially outer segment of the retina. Our results indicatethat PL-DHA contributes to visual function by maintaining the disc shape in photoreceptor cells.

Hishikawa-Iizuka et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12065-76
PL-DHA is also important for testicular function. In this study, we showed that LPAAT3-KO mice display
severe male infertility with abnormal sperm morphology. Deficiency of LPAAT3 decreased PL-DHA inspermatids that led to excess cytoplasm around its head, which is normally removed by Sertoli cells via
endocytosis at the final stage of spermatogenesis. PL-DHA may function the efficient removal of sperm content
through endocytosis. We conclude that PL-DHA biosynthesized by LPAAT3 endows these membranes withphysicochemical properties needed for spermatogenesis.

These two studies indicate DHA molecular function in the retina and testis.

Hori, T., et al. (2017) Nature Chemical Biology. 14, 262-269
Leukotriene B4 is a potent chemoattractant and inflammatory mediator derived from arachidonic acid. We
previously cloned BLT1 (a high affinity receptor for leukotriene B4, Nature 1997). In collaboration with Riken
and other institutions, we have recently succeeded in obtaining crystal of this membrane spanning protein boundwith an inverse agonist. This is the first demonstration of receptor structures of eicosanoids (arachidonic acidderived mediators) and will enhance the rational design of anti-inflammatory and anti-fibrotic compounds.

。

開発費２４指００１：脂質シグナリングプロジェクト

LPAAT3-KO mice showed visual dysfunction and male infertility
LPAAT3‐KO mice: DHA調節マウス
Photoreceptor cells

Decrease of phospholipids‐DHA induced

WT

LPAAT3‐KO

Sperm
WT

LPAAT3‐KO

Abnormal sperm formation

Abnormal disc morphology/organization

Male infertility
Hishikawa-Iizuka, Y.. et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12065‐12076.

Visual dysfunction
Shindou H. et al. (2017) J. Biol. Chem. 292. 12054‐12064.

開発費２４指００１：脂質シグナリングプロジェクト

エイコサノイド（アラキドン酸代謝物）受容体の最初の構造決定
BLT1

BLT1
W6.48
V2.53
BIIL260
BIIL260のベンズア
ミジン基

S3.39

S7.45
D2.50

抗炎症、抗線維症薬開発の手がかりに
Hori, T., et al. (2017) Nature Chemical Biology. 14, 262‐269

研究発表及び特許取得報告について

課題番号：24指001

研究課題名：生体膜脂質生合成メカニズム解明と脂質バイオマーカーの探索
主任研究者名：清水孝雄

論文発表
論文タイトル

著者

掲載誌

掲載号

年

Relief from neuropathic pain by blockingof platelet-activating factor-pain loop.

Shindou, H.*, Shiraishi, S.*,Tokuoka, M. S., Takahashi,Y., Harayama, T., Abe, T.,
FASEB J.
Bando, K., Miyano, K., Kita,
Y., Uezono, Y., Shimizu, T.

31.2973-2980

2017

Dioxin-induced increase in leukotriene B4
biosynthesis through the aryl hydrocarbon
receptor and its relevance tohepatotoxicity owing to neutrophil
infiltration.

Takeda, T., Komiya, Y.,
Koga, T., Ishida, T., Ishii,
Y., Kikuta, Y., Nakaya, M.,JBC.
Kurose, H., Yokomizo, T.,
Shimizu, T., Uchi, H.,
Furue, M., Yamada, H.

292. 1058610599

2017292. 1205412064.

2017

292. 1206512076.

2017

199, 38703882.

2017

7. 16701.

2017

Shindou, H., Koso, H.,
Sasaki, J., Nakanishi, H.,
Sagara, H., Nakagawa, M.K.,
Docosahexaenoic acid preserves visual
Takahashi, Y., Hishikawa, D.,function by maintaining correct disc
J. Biol. Chem.
Iizuka-Hishikawa, Y.,morphology in retinal photoreceptor cells.
Tokumasu, F., Noguchi, H.,
Watanabe, S., Sasaki, T.,
Shimizu, T.
Iizuka-Hishikawa, Y.,
Hishikawa, D., Sasaki, J.,
Lysophosphatidic acid acyltransferase 3
Takubo, K., Goto, M., Nagata,tunes the membrane status of germ cells byK., Nakanishi, H., Shindou, J. Biol. Chem.
incorporating docosahexaenoic acid during
H., Okamura, T., Ito, C.,spermatogenesis.
Toshimori, K., Sasaki, T.,
Shimizu, T.
Kimura, H., Suzuki, M.,
Orchestrating Role of Apoptosis Inhibitor Konno, S., Shindou, H.,
J. Immunol.
Shimizu, T., Nagase, T.,of Macrophage in the Resolution of AcuteMiyazaki, T., and Nishimura,Lung Injury.
M.
Tabe, S., Hikiji, H.,
Ariyoshi, W., HashidateLysophosphatidylcholine acyltransferase 4
Yoshida, T., Shindou, H.,
is involved in chondrogenic
Sci Rep.
Shimizu, T., Okinaga, T.,differentiation of ATDC5 cells.
Seta, Y., Tominaga, K., andNishihara, T.
Lysophosphatidic Acid Acyltransferase 3
Incorporates Docosahexaeneoic Acid into
Skeletal Muscle Cell Membranes and Is
Upregulated by PPARδ Activation.

Valentine WJ, Tokuoka SM,
Hishikawa D, Kita Y, Shindou J Lipid Res.
H, Shimizu T.

59, 184-194

2017

Na+-mimicking ligands stabilize theinactive state of leukotriene B4 receptor
BLT1.

Hori, T., Okuno T., Hirata,
K., Yamashita, K., Kawano,Y., Yamamoto, M., Hato, M.,
Nakamura, M., Shimizu, T.,
Yokomizo, T., Miyano, M.,
Yokoyama, S.

14, 262-269

2017

Mediator lipidomics by liquid
chromatography-tandem mass spectrometry.
Metabolism and functions of
docosahexaenoic acid-containing membrane
glycerophospholipids.

Nature Chem.
Biol.

BBA-Molecular and1862. 777Kita, Y., Tokuoka-M., S., andCell Biology of781.
Shimizu, T.
Lipids.
Hishikawa, D., Valentine,
591. 2730J.W., Iizuka-Hishikawa, Y., FEBS Lett.
2744.
Shindou, H., Shimizu, T.

2017

2017

研究発表及び特許取得報告について

Nakanishi, Y., Tan M.,
Ichiki, T., Inoue, A.,
Yoshihara, J., Maekawa, N.,
Stepwise phosphorylation of leukotriene B4
Takenoshita, I., Yanagida,
Sciencereceptor 1 defines cellular responses toK., Yamahira, S., Yamaguchi,S Signaling.
leukotriene B4.
., Aoki, J., Nagamune, T.,
Yokomizo, T., Shimizu, T.,
Nakamura M.
Therapeutic potential for leukotriene
Yokomizo, T., Nakamura, M.,
J. Clin. Invest.
receptors.
Shimizu, T.

In press.

2018

In press.

2018

学会発表
タイトル
精子形成におけるDHA含有リン脂質の役割の解
明

発表者
菱川

学会名佳子

場所

年月

日本脂質生化学会 京都

2017年6月

LPAAT3 Incorporates DHA Into Phospholipids
During Satellite Cell Differentiation and William Valentine
is Upregulated by PPARd and AMPK Pathways日本脂質生化学会 京都

2017年6月

新しい脂質生物学を目指して

清水孝雄

東京薬科大学講義 東京

2017年9月

肺サーファクタント脂質ー基礎と臨床清水孝雄

第53回 日本肺サーファクタント 新潟
関連医学会

2017年9月

2017年10月

Functional roles of phospholipids rich inpolyunsaturated fatty acids in vivo

Takao Shimizu

Bioactive Lipids
Puertoin Cancer,
Vallarta,
Inflammation and
MexicoRelated Diseases

Lysophosphatidic acid acyltransferase 3
incorporates docosahexaenoic acid into
phospholipids of skeletal muscle cells andis upregulated by PPARo activation

William Valentine, Hideo
Shindou, Suzumi M Tokuoka,
Daisuke Hishikawa, Yoshihiro
Kita, Takao Shimizu

Bioactive Lipids
Puertoin Cancer,Vallarta,Inflammation andMexico
Related Diseases

2017年10月

清水The 4thInternational
Symposium ofGunma University 群馬
Initiative forAdvanced Research(GIAR)

2017年11月

Lipid metabolism in health and disease孝雄

膜リン脂質中ドコサヘキサエン酸は視覚機能に
進藤
必須である

英雄、清水孝雄

第11回メタボロー
大阪
ムシンポジウム

2017年11月

膜リン脂質操作による脂質機能解析〜神経因性進藤
疼痛と視覚機能〜

英雄、清水孝雄

第９０回日本生化
神戸学会ConBio2017

2017年12月

第９０回日本生化
神戸学会ConBio2018

2017年12月

網膜視細胞におけるリン脂質組成の意義

菱川大介

精子形成におけるDHA含有リン脂質の役割

叶谷愛弓
進藤英雄

菱川佳子 第９０回日本生化神戸学会ConBio2018

2017年12月

Critical roles of extracellularphospholipids in sexual differentiation ofPlasmodium falciparum. 細胞外リン脂質は熱帯熱マラリア原虫性分化の重要因子である

Takeshi Q Tanaka, Suzumi M.
Tokuoka, Daichi Nakatani,
Fumie Hamano, Thomas E.
第９０回日本生化
神戸
Wellems, Shin-ichiro Kawazu2, 学会ConBio2018
Kiyoshi Kita, Takao Shimizu,
Fuyuki Tokumasu

2017年12月

菱川大介
清水孝雄

研究発表及び特許取得報告について

山口有、奥野博庸、徳岡涼美、Sjögren-Larsson症候群患者特異的iPS細胞を用 北芳博、赤松和土、大山学、高 第40回日本小児遺東京
いた病態解析
橋孝雄、清水孝雄、小崎健次
伝学会学術集会郎、岡野栄之

2018年1月

孝雄

第五回東京未来医
東京療フォーラム

2018年2月

孝雄

第9回臓器間ネット
ワークと血管生物学から読み解くメ 東京
タボリックシンドローム研究会2018年2月

リン脂質膜の多様性を考える

生活活性脂質と肥満

清水清水Composition-dependent alterations inthickness and physical properties of lipid Akinori Kogure, Yoshikazu
bilayer film revealed by frequency
Takahashi, Fuyuki Tokumasu,
modulation atomic force microscopy (FMHideo Shindou, Takao Shimizu
AFM)

62nd Annual
Meeting ofBiophysicalSociety

生体膜リン脂質代謝が織りなす多様な生物機能
進藤英雄
脂質分泌から視覚まで

大阪大学蛋白質研究所セミナー 生 大阪
体膜上の生物化学

2018年3月

がん性疼痛克服を目指して
発候補〜

ＪＣＲＰ 平成29
年度市民向け成果発表会 みつける東京
なおす いきる－最新がん研究から未来を描く－

2018年3月

Fuyuki Tokumasu、Suzumi M.
第８７回日本寄生Tokuoka、Hideo Shindou、Eizo
東京虫学会大会
Takashima、Takao Shimizu

2018年3月〜新しい鎮痛薬開Characterizations of Lysophospholipid
Acyltransferase in Plasmodium falciparum

進藤英雄

San Francisco,2018年2月
CA, USA

その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル
鎮痛薬の候補
心臓負担

発表者

発表先

場所

年月日

発見

進藤英雄

日経産業新聞2017/4/4

脳、腎臓に情報清水孝雄

読売新聞(栃木）2017/7/31

進藤 英雄、菱川 佳子、菱川 大 毎日新聞医療プレ介
ミア

2017/8/8

DHA不足が視力低下や男性不妊を招く?
特許取得状況について※出願申請中のものは()記載のこと。

発明名称該当なし※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこと。

登録番号

特許権者(申請者）
登録日(申請日)（共願は全記載）

出願国