この Japanese Scientists in Science Signaling 2022 では、2022 年の 1 年間にScience Signalingに論文が掲載された日本人研究者・グループを紹介しています。誌面の都合上、または著者本人のご意向により、すべての日本人著者を紹介しているわけではありませんが、その旨ご了承ください。
所属名、共著者名、本文から図表の選定まで、すべて著者の皆様からご提供いただいたものです。特に、掲載論文については、日本語で分かりやすくご解説いただいております
ので、Science Signalingに掲載された図表とは異なるものを使用している場合があります。また、記載の所属先やメールアドレス、URL など一切の情報は、2023 年 1 月時点のものになります。
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American Association for the Advancement of Science（AAAS）
1200 New York Avenue, NW
Washington, DC 20005
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発行日2023 年 3 月©2023 American Association for the Advancement of Science（AAAS）. All Rights Reserved.

Japanese Scientists in Science Signaling 2022

シグナリングに載った日本人研究者
ご挨拶
Science Signaling は、米国科学振興協会（AAAS）の公式刊行物として 1999
年に創刊され、以降シグナル伝達分野の最新情報を毎週お届けしています。シグナル伝達ネットワークに直接関係するものだけでなく、システム生物学、合成
生物学、調節経路、創薬など、広範なトピックを網羅しています。このため、シグナル伝達を専門とする研究者の方々はもとより、この分野に興味を持たれた
あらゆる分野の研究者、教員、学生の皆様に、貴重な情報源としてご活用いた
だいています。
Science Signalingには、研究成果についての最新情報だけでなく、オンライ
ンジャーナルとしての特性を活かし、教育のための資材やツールも提供しています。細胞シグナリングというダイナミックな分野における画期的な研究と解説のための最新リソースを研究者に提供します。基礎科学から治療法の設計、そして分子からネットワークやシステム設計まで、この電子版は、研究者、教職員、学生に最新情報を提供しています。
この冊子には、2022 年にScience Signaling で発表された 11 件の研究を紹介させていただきました。日本語によるアブストラクトと、各論文の著者の方々
より寄稿いただいた研究の論点をわかりやすく記した解説文を掲載しています。
本誌は大学等研究機関図書館のほか、国内のスーパーサイエンスハイスクー
ルに配布されています。未来の日本の科学界を担う学生・生徒の教育にも活用していただくことを目的としています。
最後に、本誌の制作にあたり、ご多忙の中、ご協力いただきました日本人研究者の皆様に心より御礼申し上げます。そして、多大なるご支援を賜りました
コスモ・バイオ株式会社様に深く感謝を申し上げます。
2023 年 3 月
編集チーム一同1

Japanese Scientists in Science Signaling 2022
シグナリングに載った日本人研究者

1月11日号

RESEARCH ARTICLE

プリン作動性 P2Y6 受容体のレドックス依存性内在化によって大腸炎の進行が抑えられる ����������������������������������� 6
Redox-dependent internalization of the purinergic P2Y6 receptor limits colitis progression

1月25日号

RESEARCH ARTICLE

九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野 講師

西山 和宏

九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野 教授

西田 基宏

アダプタータンパク質 SH2B1とホスファターゼPTP4A1はサイトヘジン2のリン酸化を調節することでマウスにおけるシュワン細胞による髄鞘化を促進する ������� 8
The adaptor SH2B1 and the phosphatase PTP4A1 regulate the phosphorylation of cytohesin-2 in myelinating
Schwann cells in mice

2月8日号

RESEARCH ARTICLE

東京薬科大学 生命科学部 分子神経科学研究室 教授

山内 淳司

国立成育医療研究センター 薬剤治療研究部 分子薬理研究室 上級研究員

宮本 幸

ナノディスク中のヒトpannexin-1の構造が示す N 末端とリン脂質の動的な動きによって調節されるゲートの開閉��������������������� 10
Structures of human pannexin-1 in nanodiscs reveal gating mediated by dynamic movement of the N terminus and phospholipids
名古屋大学 細胞生理学研究センター 教授
名古屋大学大学院 創薬科学研究科 教授（兼任）名古屋大学 糖鎖生命コア研究所 教授（兼任） 大嶋 篤典

3月1日号

RESEARCH ARTICLE

抑制性共受容体 CD22はCd45 欠損免疫不全 B 細胞を分化過程で調節することによりB 細胞シグナル伝達を回復させる��������������� 12
The inhibitory coreceptor CD22 restores B cell signaling by developmentally regulating Cd45－/－ 
immunodeficient B cells
東京医科歯科大学 難治疾患研究所 免疫疾患分野 教授（現 日本大学歯学部 病理学講座 客員教授）

鍔田 武志

東京医科歯科大学 難治疾患研究所 免疫疾患分野 助教

赤津 ちづる33月8日号

RESEARCH ARTICLE

LPS 誘発 ALI/ARDSの発症機序におけるMer 阻害の炎症反応抑制効果��������������������������������� 14
The suppressive effects of Mer inhibition on inflammatory responses in the pathogenesis of LPS-induced 
ALI/ARDS
福島県立医科大学 血液内科学講座 助手

深津 真彦

福島県立医科大学 血液内科学講座 准教授（現 博士研究員）

大河原 浩

福島県立医科大学 血液内科学講座 助教（現 呼吸器内科学講座 博士研究員） 王 新涛

4月12日号

RESEARCH ARTICLE

サイクリンJ-CDK 複合体はマクロファージの代謝の炎症性変化を抑制することで自然免疫応答を制限する �������������������� 16
Cyclin J-CDK complexes limit innate immune responses by reducing proinflammatory changes in macrophage
metabolism

8月9日号

RESEARCH RESOURCE

京都大学大学院 医学研究科 医学専攻分子生体統御学講座 医化学分野 教授

竹内 理

京都大学大学院 医学研究科 医学専攻分子生体統御学講座 医化学分野 博士研究員

Yee Kien Chong

生体外で嗅繊毛の嗅覚受容体を機能的に
プロファイリングするための遺伝学的プラットフォーム ���������������������� 18
A genetic platform for functionally profiling odorant receptors in olfactory cilia ex vivo
Senior Scientist, Yesse Technologies, Inc./
Department of Biological Sciences, Hunter College, City University of New York
（現 Senior Research Director, Department of Biological Sciences, Hunter College, City University of New York）

大村 真代

Principal Scientist, Yesse Technologies, Inc.
（現 Associate Director, Cellular Biology, Stablix, Inc.） 高畠 由季絵

9月13日号

RESEARCH ARTICLE

胎児マクロファージが上皮間葉転換の誘導を通じて破水した羊膜の修復を助ける ���������������������������������� 20
Fetal macrophages assist in the repair of ruptured amnion through the induction of epithelial-mesenchymaltransition

4京都大学 医学部 婦人科学産科学 講師

最上 晴太

京都大学 医学部 婦人科学産科学 特定病院助教

川村 洋介

10月11日号

RESEARCH ARTICLE

光に反応して視細胞で産生される内在性カンナビノイドがショウジョウバエ（Drosophila）のTRPチャネルを活性化する ����������������� 22
Endocannabinoids produced in photoreceptor cells in response to light activate Drosophila TRP channels
自然科学研究機構 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ 准教授

曽我部 隆彰Duggan Professor and Distinguished Professor, Department of Molecular, Cellular,
and Developmental Biology, University of California, Santa Barbara

11月1日号

RESEARCH ARTICLE

Craig Montell

セマフォリン4Dは軟骨細胞の転写機構の再構築により関節軟骨の破壊と関節の炎症を誘導する ��������������������������� 24
Semaphorin 4D induces articular cartilage destruction and inflammation in joints by transcriptionally
reprogramming chondrocytes

11月1日号

RESEARCH ARTICLE

大阪大学 大学院歯学研究科 生化学教室 講師

村上 智彦

大阪大学 大学院歯学研究科 生化学教室 教授

西村 理行

ドキソルビシンはミ
トコンドリアDNAにインターカレートし、
Alas1 依存性にヘム合成を障害することによりフェロトーシスと心毒性を引き起こす ������������������������������� 26
Doxorubicin causes ferroptosis and cardiotoxicity by intercalating into mitochondrial DNA and disrupting 
Alas1-dependent heme synthesis
九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 博士課程

阿部 巧

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 助教

池田 昌隆

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 講師

井手 友美

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 教授

筒井 裕之

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1月11日号

RESEARCH ARTICLE

K. Nishiyama et al., SCIENCE SIGNALING 11 Jan 2022: Vol 15, Issue 716
DOI: 10.1126/scisignal.abj0644
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abj0644

プリン作動性 P2Y6 受容体のレドックス依存性内在化によって大腸炎の進行が抑えられる
Redox-dependent internalization of the purinergic P2Y6 receptor limits colitis progression

西山 和宏 Kazuhiro Nishiyama

九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野 講師

西田 基宏 Motohiro Nishida

九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野 教授

左から西山 和宏、西田 基宏

Contact

すべての論文著者についての情報は、右上 URL/QRコードから原文でご確認ください。

西山 和宏 E-mail：knishiyama@phar.kyushu-u.ac.jp
所在地：812-8582 福岡県福岡市東区馬出 3-1-1
U R L：https://physiology.phar.kyushu-u.ac.jp/

西田 基宏 E-mail：nishida@phar.kyushu-u.ac.jp
所在地：812-8582 福岡県福岡市東区馬出 3-1-1
U R L：https://physiology.phar.kyushu-u.ac.jp/

Abstract
多くの Gタンパク質共役受容体（GPCR）
は、リガンド刺激の後、βアレスチン依存性の脱感作を受け、細胞内に取りこまれて、分解されるか細胞膜にリサイクルされる。GPCR の中には、βアレスチンとの相互作用に必要な残基がないために、この型の脱感作を受け（P2Y6R）の内在化と分解を促進する、レドックス依存性の内在化・分解機構ないものもある。われわれは、プリン作動性 P2Y6 受容体（redox-dependent alternative internalization：REDAI）を解明した。種々のマウスおよびヒト培養細胞株において、求電子性のイソチオシアネート基を有する合成および天然化合物により、P2Y6R の Cys220が共有結合的に修飾され、Lys137 のユビキチン化と受容体の内在化および分解が促進された。内因性求電子物質は、リガンド依存性の P2Y6R の内在化と分解も促進した。P2Y6R は炎症細胞にきわめて多量に存在し、大腸炎の発症を促進する。P2Y6R 欠損マウスは実験的に誘発される大腸炎から保護され、Cys220

が修飾不可能なセリンに変異した型の P2Y6Rを発現するマウスは、大腸炎の誘発に対する感受性が高まった。A2BARを含む、その他いくつかの GPCR は、REDAIを仲介するのに適した位置にシステイン残基とリジン残基を有する。イソチオシアネート化合物は、
A2BAR の 内在化と、適切な残基が 挿入された P2Y2R の 内在化を引き起こした。したがって、内因性および 外因性求電子物質は、
P2Y6R のシステイン修飾を介して大腸炎の進行を抑える可能性があり、他の GPCR の内在化も仲介すると考えられる。

九州大学大学院薬学研究院・生理学分野
自然科学研究機構生理学研究所・
心循環シグナル研究部門
私た ち の 研究室では、血液循環を 支配する筋組織（心臓・血管・骨格筋）
が様々な環境変化に応答し、心循環恒常性を制御する機構について、シグナル伝達の視点から読み解こうとしています。九大グループと生理研グループで連携して心循環恒常性の基礎研究を進めるとともに、心循環恒常性の機能維持を主眼とする新薬開発（創薬）
や既承認薬の適応拡大（育薬）を目指した応用研究も積極的に進めています。私たちの研究に興味を持たれた方はぜひご連絡ください。特に、若い学生、ポスドク研究者からのご連絡を楽しみにしています。

6

GPCR のシステイン修飾を介した新規内在化機構を解明
クローン病や潰瘍性大腸炎に代表される炎症性腸疾患（IBD）
は、寛解と再燃を繰り返す腸管の慢性炎症を特徴とする原因不明の難治性の疾患です。IBD は、腸内細菌や食生活などの環境要因と、遺伝要因、そして体内の免疫異常が重なって発症する疾患と考えられています。
Gタンパク質共役型受容体（GPCR）
は、様々な生理機能や疾患形成に関わる膜タンパク質です。私たちのグループはこれまで、炎症誘導性 GPCR の 1 つである
「プリン作動性受容体 P2Y6R」
が加齢依存的に発現増加し、高血圧や心不全の発症に寄与することを報告してきました 1-3）。一方で、IBD 患者においても P2Y6R の発現上昇が報告されていましたが、IBD の病態におけるP2Y6R の役割は不明でした。
私たちは、IBD モデルであるデキストラン硫酸ナトリウム（DSS）
誘発大腸炎をP2Y6R 欠損マウスとかけあわせた検討を行い、P2Y6R
欠損マウスでは野生型マウスと比較して、大腸炎の進行が抑制されることを見出しました。つまり、P2Y6R が IBD の病態形成の増悪因子である可能性を個体レベルで示しました。さらに、P2Y6Rを阻害する化合物を探索した結果、機能性食品（ブロッコリースプラウ
ト）に含まれるスルフォラファンなどのイソチオシアネート化合物（ITCs）
が、P2Y6R の内在化を促すことを明らかにしました。GPCRの細胞内取り込み機構に関しては、2012 年のノーベル化学賞受賞者であるLefkowitz 教授らがβアレスチンを介する経路を発見しましたが、その一方で、いくつかの GPCR はβアレスチン感受性が低いことも疑問視されていました。われわれは、βアレスチン低感
受性の P2Y6Rを用いて、ITC が P2Y6R の細胞内第 3 ループにあるシステイン（Cys220）の SH 基とコバレントに結合することで P2Y6Rのコンフォメーションを変化させ、その結果、第 2 ループのリジン（Lys137）のユビキチン化が誘導されることを明らかにしました。
P2Y6R の Cys

220

をセリンに置換した変異体マウス（C220S）
では野生型マウスと比較して、逆に大腸炎の進行が促進されました。さらに、Cys 修飾によるLys ユビキチン化を介した内在化・分解機構（redox-dependent alternative internalization：REDAI）
は、
P2Y6R 以外の GPCR でも保存されていることが確認されました（図）。
マウス個体を用いた検討により、P2Y6R の発現増加によるシグナルの増幅が IBD 病態を進行させる可能性が示されました。さらに、機能性食品に含まれるスルフォラファンなどの ITCs が REDAIシステムを介して P2Y6Rを分解し、炎症を抑制することも明らかとなりました。本研究の成果により、これまでの GPCR の制御機構とはまったく異なる新規内在化機構の存在が明らかとなり、P2Y6R のみ
ならずアデノシンA2B 受容体や味覚・嗅覚に存在する機能未知のオーファン受容体も REDAIシステムを介して内在化する可能性が示されました。GPCR は様々な病態・疾患に関連するため、REDAIシステムを利用した治療法・医薬品開発が健康長寿社会の実現に大きく貢献するものと期待されます。
1）M. Nishida, Y. Sato, A. Uemura, Y. Narita, H. Tozaki-Saitoh, M. Nakaya, T. Ide, K. Suzuki, K. Inoue, T. Nagao, H. Kurose. P2Y 6.
receptor-Gα12/13 signalling in cardiomyocytes triggers pressure overload-induced cardiac fibrosis. EMBO J. 27, 3104–3115（2008）2）A. Nishimura, C. Sunggip, H. Tozaki-Saitoh, T. Shimauchi, T. Numaga-Tomita, K. Hirano, T. Ide, J. M. Boeynaems, H. Kurose, M. Tsuda, B.
Robaye, K. Inoue, M. Nishida. Purinergic P2Y6 receptors heterodimerize with angiotensin AT1 receptors to promote angiotensin II-induced
hypertension. Sci. Signal. 9, ra7（2016）.
3）K. Shimoda, A. Nishimura, C. Sunggip, T. Ito, K. Nishiyama, Y. Kato, T. Tanaka, H. Tozaki-Saitoh, M. Tsuda, M. Nishida. Modulation of.
P2Y6R expression exacerbates pressure overload-induced cardiac remodeling in mice. Sci. Rep. 10, 13926（2020）
図：GPCR のシステイン修飾を介した新規内在化機構
青色：既存の受容体タンパク質取り込み経路。赤色：
本研究で見出したシステイン硫黄修飾を介した新規受
容体取り込み および 分解経路。本機構が 機能性食品
成分による抗炎症効果に重要な役割を果たすことも明らかになった。

71月25日号

RESEARCH ARTICLE

Y. Miyamoto et al., SCIENCE SIGNALING 25 Jan 2022: Vol 15, Issue 718
DOI: 10.1126/scisignal.abi5276
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abi5276

アダプタータンパク質 SH2B1とホスファターゼPTP4A1は
サイトヘジン2のリン酸化を調節することでマウスにおける
シュワン細胞による髄鞘化を促進する
The adaptor SH2B1 and the phosphatase PTP4A1 regulate the phosphorylation ofcytohesin-2 in myelinating Schwann cells in mice

山内 淳司 Junji Yamauchi

東京薬科大学 生命科学部 分子神経科学研究室 教授

宮本 幸 Yuki Miyamoto

国立成育医療研究センター 薬剤治療研究部 分子薬理研究室 上級研究員

写真は山内 淳司

Contact

すべての論文著者についての情報は、右上 URL/QRコードから原文でご確認ください。

山内 淳司 E-mail：yamauchi@toyaku.ac.jp
所在地：192-0392 東京都八王子市堀之内 1432-1
U R L：https://toyaku-ls-neuroscience.com/

宮本 幸 E-mail：miyamoto-y@ncchd.go.jp
所在地：157-8535 東京都世田谷区大蔵 2-10-1
U R L：https://www.ncchd.go.jp/

Abstract
成熟髄鞘（ミエリン鞘）は、軸索を絶縁することによって神経伝達速度を向上させるとともに、物理的損傷から神経線維を保護する。
末梢神経系では、髄鞘はシュワン細胞によって形成される。グアニンヌクレオチド交換因子であるサイトヘジン2 は、タンパク質 Arf6を活性化させてシュワン細胞の髄鞘形成を促進する。本研究でわれわれは、サイトヘジン2 の調節について調べ、結果としてサイト
ヘジン2 の Tyr381 のリン酸化状態がシュワン細胞の髄鞘形成にとって重要であることを明らかにした。サイトヘジン2 の非リン酸化型 Y381F 変異を有するノックインマウスでは、坐骨神経組織において、髄鞘の厚みが減少し、Arf6 の活性が低下していた。また、

サイトヘジン2 の Tyr381 は、プロテインチロシンホスファターゼ PTP4A1によって脱リン酸化されることをin vitro で明らかにした。
一方、この部位のリン酸化はアダプタータンパク質 SH2B1との相互作用によって保護されていることを見出した。シュワン細胞特異的な PTP4A1 のノックダウンマウスではサイトヘジン2 のリン酸化が増加し、髄鞘の厚みが増した。逆に、シュワン細胞特異的に
SH2B1を欠損させると、髄鞘の厚みが減り、サイトヘジン2 のリン酸化が減少した。このように、末梢神経系では、サイトヘジン2を中心とするシグナル伝達ユニットが（SH2B1を正の調節因子とし、PTP4A1を負の調節因子として）シュワン細胞の髄鞘形成を調節している。

東京薬科大学の卒研生（現修士 1 年生）
一同
ラボの現修士 1 年生との集合写真です。個々に実験スペースをもっており、どの場所にいても同じ実験機器や器具を使用することができるようになっています。また、先輩後輩がランダムに並んでいて、ラボメンバー全員が仲良くなるように、みんなで話し合えるようになっています。ここ数年間、限られた範囲のなかで大学および大学院の生活をしていましたが、これからはラボの行事（新入生歓迎会、花見の会や忘年会、卒業式や追いコンなど）も、注意をしながら徐々に再開していきたいと思います。私は、ラボは研究や学業をする場所であるとともに、生涯の友人をつくる場でもあると思っていますので、今後も和気あいあいとした仲間をつくっていって欲しいと思っております。それが、欧米と日本の良いところをとった理想のラボだと思っております。今後もそれを目指していきます。

8

サイトヘジン2シグナルは成熟した感覚神経発生に必須である
げっ歯類のシュワン細胞と感覚神経の前駆細胞をそれぞれ97.5％以上に精製し、その後これらを共培養することで、人工的な感覚神経の有髄神経組織（神経伝達のキーとなる髄鞘をもつ成熟した感覚神経）を作ることができます。これを「試験管内髄鞘化システム」と言います。このシステムを利用し、有髄神経がどのような分子メカニズムを介してできるのかを探索したことが、この研究の発端になりました。ノンコーディング RNA ライブラリーや阻害剤ライブラリーでスクリーニングを行ったところ、SecinH3という化合物を添加したとき、有髄神経ができなくなることを見出しました。SecinH3という化合物（阻害剤）の標的がサイトヘジン2 であり、これが有髄神経をつくるときに重要な役割をすることが考えられ、研究を進めることにしました。サイトヘジン2 は細胞の形態変化を誘導する低分子量 GTP 結合タンパク質であるArf6 の活性化因子です。
（1）
感覚神経の有髄神経の発生とともに、シュワン細胞内でサイトヘジン2 の C 末端側のチロシン残基がリン酸化され、Arf6を活性化しました。このリン酸化酵素が Fyn キナーゼであることも明らかにしました。
（2）
Fyn キナーゼは脳の有髄神経ができるときに重要な役割をすることがわかっている、非常によく研究されている分子ですが、これが感覚神経でも同様な役割をすることもわかりました。
（3）
リン酸化されたサイトヘジン2 は、SH2B1というアダプター分子と結合することで、そのリン酸化が維持され、サイトヘジン2 の活性化状態も維持されることが判明しました。
（4）
一方、サイトヘジン2 のリン酸基は、PTP4A1という脱リン酸化酵素（フォスファターゼ）で脱リン酸化されてその活性が低下する
ことが分かり、サイトヘジン2 のリン酸化残基は PTP4A1や SH2B1によって競合的に制御されていることが示唆されました。
（5）以上、有髄神経の発生にサイトヘジン2を中核としたシグナル伝達因子複合体が重要な役割を果たすことが明らかになり、この研究が今後の発生メカニズムの全容解明の足掛りになればよいと考えています。
感覚神経は痛みを伝達する神経なので、その研究は一時的な疼痛や慢性疼痛の研究へと発展すると考えられます。その他の応用として、有髄神経の発生に関わる分子メカニズムを明らかにすることで、（1）
外傷後の感覚神経再生を促進するメカニズムのヒントを得ることができ、（2）
シャルコー・マリー・トゥース病に代表される、末梢神経変性疾患の発症時における神経変性を緩和できる可能性があります。
しかし、これらの疾患が直接的な原因としてヒトの生存に影響を及ぼすことがないため、どうしてもこれらが創薬研究の中心的対象とはなり得ません。そのため、基礎研究が他の組織発生の研究に比べて脆弱になりがちです。感覚神経の発生メカニズムを全容解明することが外傷後や変性後に発生プログラムの惹起につながり、ふたたび感覚神経を構築する重要なモチベーションになることを期待しています。

図 1：成熟した感覚神経の概略図

図 2：サイトヘジン2 を中核としたシグナル複合体

成熟した感覚神経（感覚有髄神経）は末梢神経系に属し、①感覚神経細胞（薄い青色）と②神経から出ている突起状のもの（神経軸索）を覆う髄鞘（緑色）から形成される、比較的単純な構造をもつ神経である。

サイトヘジン2 は、Fyn キナーゼによってリン酸化されることで活性化される。
SH2B1 はそのリン酸基を保護し、PTP4A1 は脱リン酸化して不活性化に導く。
この活性型が、感覚神経の髄鞘化を促進する。

9

2月8日号

RESEARCH ARTICLE

M. Kuzuya et al., SCIENCE SIGNALING 8 Feb 2022: Vol 15, Issue 720
DOI: 10.1126/scisignal.abg6941
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abg6941

ナノディスク中のヒトpannexin-1の構造が示す N 末端とリン脂質の動的な動きによって調節されるゲートの開閉
Structures of human pannexin-1 in nanodiscs reveal gating mediated by dynamic
movement of the N terminus and phospholipids

大嶋 篤典 Atsunori Oshima

名古屋大学 細胞生理学研究センター 教授
名古屋大学大学院 創薬科学研究科 教授（兼任）名古屋大学 糖鎖生命コア研究所 教授（兼任）

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Contact

E-mail：atsu@cespi.nagoya-u.ac.jp
所在地：464-8601 愛知県名古屋市千種区不老町
U R L：http://www.cespi.nagoya-u.ac.jp/index.html

Abstract
Pannexin（PANX）
ファミリータンパク質は、プリン作動性シグナル伝達を仲介する孔径の大きなチャネルを形成する。われわれは、
脂質ナノディスク中のヒトPANX1 の構造をクライオ電子顕微鏡（cryo-EM）で解析し、ゲート開閉の機構と、リン脂質中のアミノ末端によるその調節に関する知見を得た。野生型のチャネルでは、アミノ末端は孔内に漏斗のような形で存在するが、阻害剤プロベネシ
ドが存在すると、細胞質側を向いたアミノ末端とリン脂質が孔を塞ぐ。ホールセル（全細胞）
パッチクランプ法と卵母細胞電圧クラン
プ法を用いた機能解析では、アミノ末端を欠損した PANX1 は開孔せず、チャネル活性にドミナントネガティブ効果をもつことが明らかにされ、アミノ末端ドメインがチャネルの開孔時にきわめて重要な役割を担うことが確認された。これらの知見は、ヒトPANX1 のアミノ末端の動的な構造変化が、チェネル孔への脂質の出入りと関連することを示唆している。さらに、これらのデータは PANX1
のみにとどまらず、他の孔径の大きなチャネルについても、ゲート開閉の機構に関する洞察を与えるものである。

膜タンパク質の立体構造から、膜を介したシグナル伝達を理解する
チャネル、ポンプ、Gタンパク質共役型受容体などの膜タンパク
質は、神経伝達や細胞間連絡、膜を介したイオン輸送を担うこと
によって、様々な 生命現象や 組織恒常性の 維持に関わっています。膜タンパク質の高分解能解析は、それらの機能を原子レベルで理解するための助けとなります。当研究グループでは創薬標的として重要な膜タンパク質の立体構造研究を、クライオ電子顕微鏡法を用いて行うとともに、クライオ電子顕微鏡用の試料調製の最適化に力を入れています。構造生物学、生化学、計算機科学を中心に、必要となる研究手法を融合して、生体膜を介した情報伝達分子機構の解明を目指した研究・教育を行っています。

10

PANX1 のチャネルの閉塞に関わる N 末端領域と脂質細胞膜に存在するチャネル分子には、特定のイオンを選択的に通す径の小さい通路を持つもののほかに、イオンやセカンドメッセン
ジャー、ヌクレオチド、アミノ酸、ペプチドなどを非選択的に通す「large pore channel」と呼ばれる孔径の大きなチャネルがあります。ヒトパネキシン1（PANX1）は後者に属し、このチャネルが開くと、生体レベルでは炎症反応やてんかんを引き起こすことが知られており、細胞レベルではがん細胞の増殖や神経細胞死に関わるとされています。これまで、脂質に囲まれた状態で、ヒトPANX1の構造変化を示す研究はありませんでした。
本研究では、ナノディスク再構成という手法を用いて、PANX1を脂質に埋め込んだディスク粒子を作製し、その試料をクライオ電子顕微鏡法で構造解析しました。その結果、通常の精製条件では、PANX1 のアミノ末端領域が、チャネルの通路内側で漏斗状の構造を取って通路を大きく開いています（図 1）。一方で、精製時にPANX1 の阻害剤プロベネシドを添加した条件下では、阻害剤の密度は確認されなかったものの、PANX1 のアミノ末端領域が細胞質側に向くと同時に、脂質がチャネルの通路内側に存在し、チャネルの通路がブロックされた構造が得られました（図 2）。電気生理学実験では、この阻害剤がチャネルの活性を低下させることが確認され、阻害剤が入った条件下の構造は、チャネルが閉じていることを示唆するものでした。PANX1 は、7 つのサブユニットが集まってチャネルを形成しますが、隣接するサブユニットの隙間に脂質が存在していました。MDシミュレーションの結果、サブユニットの隙間に脂質が入り込む、あるいは抜け出る様子が観察されました。これらの結果から、脂質がサブユニットの隙間を縫うようにしてチャネルの通路に出入りする可能性が推察されたため、PANX1 の開閉機構として、脂質が PANX1と相互作用しながらチャネル通路内へ移動する「脂質ゲーティングモデル」を提唱しました。
本研究結果は、PANX1や他の large pore channelについての開閉機構について洞察を与えるものです。PANX1 の開閉機構が理解できれば、PANX1 チャネルの活性が要因となる痛覚やがん転移を制御する技術開発や、PANX1を原因とする疾患に対する治療法や医薬品の開発につながる可能性があります。

図 1：アミノ末端がファネル（漏斗状の孔）を作っているPANX1 の構造（左）クライオ電子顕微鏡マップの断面を膜平面方向から見た図。
（右）原子構造のリボンモデルを細胞質側から見た図。N 末端ヘリックス（赤色）で囲まれた中央がチャネルの通路となる。

図 2：阻害剤が入った条件下で得られた PANX1 の構造
クライオ電子顕微鏡マップの断面（左）とリボンモデルの原子構造（右）。N 末端領域（赤色）が細胞質側を向き、チャネルの通路に入り込んだ脂質（灰色）と通路を埋める密度（マゼンタ）
が確認できる。

113月1日号

RESEARCH ARTICLE

C. Akatsu et al., SCIENCE SIGNALING 1 Mar 2022: Vol 15, Issue 723
DOI: 10.1126/scisignal.abf9570
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abf9570

抑制性共受容体CD22はCd45欠損免疫不全B細胞を分化過程で調節することによりB細胞シグナル伝達を回復させる
The inhibitory coreceptor CD22 restores B cell signaling by developmentally regulating
Cd45−/− immunodeficient B cells

鍔田 武志 Takeshi Tsubata

東京医科歯科大学 難治疾患研究所 免疫疾患分野 教授（現 日本大学歯学部 病理学講座 客員教授）

赤津 ちづる Chizuru Akatsu

東京医科歯科大学 難治疾患研究所 免疫疾患分野 助教

左から赤津 ちづる、鍔田 武志

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鍔田 武志 E-mail：tsubata.imm@mri.tmd.ac.jp
所在地：101-8310 東京都千代田区神田駿河台 1-8-13
U R L：https://www.tmd.ac.jp/imm/

Abstract
タンパク質チロシンホスファターゼ CD45 は、Srcファミリーキナーゼを活性化することにより、B 細胞抗原受容体
（BCR）
シグナル伝
−/−
（BCR が架橋されていない状態）におけ達において重要な役割を果たす。Cd45 マウスは、B 細胞が分化過程で変化し、定常状態−/−
るシグナル伝達の低下が原因と思われる表現型を示す。しかし、Cd45 B 細胞では、BCR 架橋誘導性シグナル伝達は比較的正常−/−である。Cd45 B 細胞で BCRシグナル伝達が回復するしくみを調べたところ、共受容体 CD22 が、これらの細胞では抑制性から−/−−/−活性化機能に切り替わったことがわかった。CD22 の糖鎖リガンドを合成できない Cd45 St6galI マウスを作製すること、また−/−−/−は Cd45 B 細胞をCD22 へのリガンド結合を阻害するシアル酸誘導体 GSC718 で in vitro 処理することにより、Cd45 B 細胞にお い て CD22 のリガンドとの 相互作用を欠損させ た。BCR 架橋誘導性シグ ナ ル 伝達は、ST6GalI 欠損によって 減弱した が、−/−GSC718 処理によっては減弱せず、CD22 が分化過程で細胞の性質を変化させることで Cd45 成熟 B 細胞の BCR 架橋誘導性シ−/−グナル伝達を回復させたことが示唆された。CD22 は、Cd45 B 細胞上の細胞表面におけるIgM-BCR の量を増加させ、それによりシグナル伝達が増強された。B 細胞の生存は定常状態の BCRシグナル伝達に依存するため、CD45 欠損とCD22によるシグナル
hi−/−
抑制でシグナル伝達が大幅に低下した条件下で、定常状態のシグナル伝達が比較的保たれた IgM-BCR Cd45 B 細胞が選択的に生存し、IgM-BCR の存在量が増加したと考えられる。X 連鎖無ガンマグロブリン血症を含む他の BCRシグナル伝達欠損症の患者の B 細胞では、表面 IgM-BCR の量が増加するため、われわれの知見は、CD22 がこれらの患者の B 細胞機能の部分的回復に寄与する可能性があることを示唆している。

糖鎖とB 細胞応答
糖鎖は、抗原として B 細胞の抗体産生応答を誘導し、また制御因子として働いて B 細胞の応答を調節します。タンパク質抗原とは異なり、多糖は T 細胞によっては認識されず、T 細胞の補助なしにB 細胞を活性化して抗体産生を誘導します。また、糖鎖は B 細胞
表面の糖鎖結合タンパク質（レクチン）に反応するなどによりB 細胞の機能を制御しますが、特定の糖鎖が異なる種々の糖タンパク
質や糖脂質に存在するため、特定のレクチン分子に種々のリガンドが結合します。このように、糖鎖の性質はタンパク質とは大きく異なりますが、どのように糖鎖が抗体産生を誘導し、B 細胞を調節するのか、その実体は謎に包まれています。私たちの研究グルー
プでは、日本大学歯学部に移動後もこのような未知の世界に挑戦
しています。

12

B 細胞のシグナル伝達クオリティーコントロールメカニズムの発見
細胞表面には多数の糖タンパク、糖脂質、グリコサミノグリカンなど、糖を含む分子が存在し、Glycocalyx（糖皮）と呼ばれる糖鎖の層ができています。細胞表面にはレクチンと呼ばれる糖鎖に結合するタンパク質も存在し、Glycocalyx の中で種々の分子の糖鎖と会合することで分子間ネットワークを形成すると考えられていますが、その実態はほとんど明らかではありません。私たちの研究グ
ループでは、Bリンパ球に発現する抑制性受容体の 1 つであるCD22とその糖鎖リガンドの Glycocalyx 内での相互作用がどのような機能を果たすのかに興味を持ち、解析を進めてきました。
CD45 は、B 細胞抗原受容体（BCR）
および T 細胞抗原受容体（TCR）
シグナル伝達で重要な役割を果たす Srcファミリーのチロシンキナーゼの活性化に必須の分子です。CD45を欠損するとTCRシグナル伝達が阻害され、T 細胞の発生が障害されます。一方、B細胞は正常に発生し、BCRシグナル伝達もほぼ正常です。私たちは CD22と糖鎖リガンドとの会合が CD45 欠損 B 細胞の BCRシグ
ナル不全を回復させること、しかも BCRシグナル伝達そのものに作用するのではなく、B 細胞の分化過程で B 細胞を変化させることによりBCRシグナル伝達を回復させることを明らかにしました。
BCR は抗原と反応して B 細胞を活性化しますが、抗原と反応がない状態でも tonic signalと呼ばれる低レベルのシグナルを伝達し、
tonic signal は B 細胞の生存に必須です。私たちは、CD22 がおそらくBCR の糖鎖を認識することで、BCR の tonic signal 伝達を抑制し、tonic signalを含む BCRシグナル伝達が比較的正常な B 細胞のみが選択的に生存するため、CD45 欠損 B 細胞の BCRシ
グナル伝達が回復することを明らかにしました。この結果は、CD22によるtonic signal の抑制が B 細胞のクオリティーコントロールに関わっており、免疫不全 B 細胞のシグナル機能を回復させることを明らかにしました。
私たちの今回の成果は、B 細胞の分化過程でのクオリティーコントロールの重要性とそのメカニズムを明らかにしました。このメカニズムの解明をさらに進めることで、先天性免疫不全症の症状を和らげたり、老化による抗原特異的な抗体産生の低下を回復させた
り、感染防御やワクチンの効果を増強させたりする手法の開発につながるものと期待されます。

図 1：CD22 糖鎖リガンドによるCD45-/-B 細胞の BCRシグナル伝達の回復
CD45-/-B 細胞では、ST6GalI 欠損によりCD22 の糖鎖リガンド認識を持続的に阻害すると顕著にBCR 架橋時の Ca2+ シグナルが低下するが、シアル酸誘導体 GSC718によりCD22 の糖鎖リガンドとの反応を一時的に阻害してもシグナル伝達は低下しない。

図 2：CD45-/-B 細胞での BCR 発現増強によるBCRシグナル伝達の回復
-/2+
hi
lo
CD45 B 細胞全体としての BCR 架橋によるCa シグナルは正常であるが、BCR 発現が増加しており、IgM および IgM B 細
胞に分画すると、両分画において顕著にシグナル伝達が低下する。

133月8日号

RESEARCH ARTICLE

M. Fukatsu et al., SCIENCE SIGNALING 8 Mar 2022: Vol 15, Issue 724
DOI: 10.1126/scisignal.abd2533
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abd2533

LPS 誘発 ALI/ARDS の発症機序におけるMer 阻害の炎症反応抑制効果
The suppressive effects of Mer inhibition on inflammatory responses in the pathogenesisof LPS-induced ALI/ARDS

深津 真彦 Masahiko Fukatsu
福島県立医科大学 血液内科学講座 助手

大河原 浩 Hiroshi Ohkawara

福島県立医科大学 血液内科学講座 准教授（現 博士研究員）

王 新涛 Xintao Wang

左から深津 真彦、大河原 浩、王 新涛

福島県立医科大学 血液内科学講座 助教（現 呼吸器内科学講座 博士研究員）
すべての論文著者についての情報は、右上 URL/QRコードから原文でご確認ください。

Contact

大河原 浩 E-mail：ohkawara@fmu.ac.jp
所在地：960-1295 福島県福島市光が丘 1
U R L：https://www.hemato.fmu.ac.jp/

深津 真彦 E-mail：fukatsu@fmu.ac.jp
所在地：960-1295 福島県福島市光が丘 1
U R L：https://www.hemato.fmu.ac.jp/

Abstract
敗血症誘発性の 急性肺傷害（ALI）/ 急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の 発症機序はまだ十分に解明されていない。Growth arrestspecific 6（Gas6）
は、TAMファミリーの受容体型チロシンキナーゼであるTyro3、Axl および Merとの相互作用を介して、止血に顕著な影響を及ぼし、炎症を軽減する。今回われわれは、Gas6と可溶性 Mer の血漿中濃度が、重症敗血症または敗血症性 ALI/
ARDS の患者において健常者と比較して高いことを見出した。Gas6-Mer 経路が ALI/ARDS の発症機序において重要かどうかを明らかにするため、リポ多糖（LPS）を吸入させた ALI マウスモデルにおいて、選択的 Mer 阻害剤であるUNC2250を静脈内投与したときの効果を検討した。UNC2250 は、マウスの LPS 誘発 ALIにおいて、Gas6 および Merタンパク量の増加を伴う好中球と単球の肺への浸潤、高度肺障害、活性酸素種（ROS）
量の増加を顕著に抑制した。ヒト肺大動脈内皮細胞では、LPSによって内皮型一酸化窒素
合成酵素、トロンボ モジュリン、血管内皮カドヘリンの 量が 減少した が、この 減少は UNC2250 で の 処理により拮抗された。
UNC2250 はさらに、ヒト好中球様細胞株の HL-60 細胞と、マウス単球 / マクロファージ細胞株の RAW264.7 細胞において、LPS
依存性の細胞増殖を抑制し、アポトーシスを促進した。これらのデータは、ALI/ARDSにおける炎症反応の治療薬として、Mer 阻害剤 UNC2250 がもたらす可能性のある様々な有益な効果について知見を与えるものである。

福島県立医科大学 血液内科学講座
附属病院血液内科で は、年間 30 例前後の 同種造血幹細胞移植のほか、臨床研究や新薬の治験も含めて、幅広い血液疾患の診療を行っています。地域住民の健康を守りつつ、難治性血液疾患に対するより効果的で安全な次世代治療の創出に貢献できるよう、学内
外のさまざまな研究グループや医療機関と連携しながら取り組んでいます。

14

感染症・呼吸器合併症を防ぎ、より安全性の高い血液疾患の診療を目指す
白血病、悪性リンパ腫、多発性骨髄腫などの血液疾患の治療や造血幹細胞移植を受ける患者さんは、著しい造血障害と免疫不全を伴うことから、重症感染症・敗血症に対して極めて脆弱です。このため、感染症に続発する急性肺傷害（ALI）/ 急性呼吸窮迫症候群（ARDS）のような呼吸器合併症が生命予後を左右することがしばしば経験されます。しかし、いまだ ALI/ARDSには特異的な治療法が確立されておらず、ときに致命的な経過を辿ります。
当研究グループはこれまで、Gas6というタンパク質とその受容体 Mer が、多発性骨髄腫の進行（J Biol Chem. 2017; 292:4280）
や、造血幹細胞移植における血栓性微小血管症（Blood Adv. 2019; 3: 2128）などに関与していることを報告してきました。
本研究では、これまでの知見や解析手法を発展させて、ALI/ARDSにおけるGas6-Mer 経路に着目した解析を行いました。
ALI/ARDS の動物モデルとして、マウスにリポ多糖（LPS）を吸入させると、肺胞洗浄液中の炎症細胞の増加や、組織学的なびまん性
肺胞傷害を示します。これらの モデ ルマウスでは血中 Gas6 の 上昇を認めました。この モデ ルマウスにMer の 阻害剤である
UNC2250を投与したところ、炎症細胞浸潤や肺胞傷害が抑制され、生存率が改善しました。培養細胞を用いて UNC2250 の作用メカニズムをさらに検証すると、炎症細胞である好中球・マクロファージの増殖や、炎症性サイトカイン・活性酸素種の産生を抑制する効果に加えて、血管内皮の恒常性の維持に重要な分子（eNOS、トロンボモジュリン、VE-cadherin）の発現を保つ効果があることがわかりました。実際に血液疾患の治療中にALI/ARDSを発症した患者の血中では、そうでない患者に比べて、Gas6と可溶性
Mer の濃度が上昇していました。
以上のことから、Gas6-Mer 経路は血液疾患に合併した ALI/ARDS の治療標的となり、重篤な合併症を減らして安全な治療に寄与する可能性が示されました。
図 1：LPS 誘発性 ARDS マウスモデルにおけるMer 阻害剤 UNC2250 の効果
上 2 段：LPS 吸入によって肺胞への炎症細胞浸潤が増加
し、免疫組織学的にGas6とMer の発現を認める。
下 2 段：CTやマクロでも ARDS の 像を呈し、これらはUNC2250 投与により抑制される。

図 2：ARDS の病態で想定されるGas6-Mer 経路の役割
Gas6とMer は、肺胞における好中球・単球のサイトカ
イン・ROS 産生や、血管内皮の恒常性維持に対する作用を介して、ARDS の進展に関与すると考えられる。

15

4月12日号

RESEARCH ARTICLE

Y. K. Chong et al., SCIENCE SIGNALING 12 Apr 2022: Vol 15, Issue 729
DOI: 10.1126/scisignal.abm5011
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abm5011

サイクリンJ-CDK 複合体はマクロファージの代謝の炎症性変化を抑制することで自然免疫応答を制限する
Cyclin J-CDK complexes limit innate immune responses by reducing proinflammatorychanges in macrophage metabolism

竹内 理 Osamu Takeuchi

京都大学大学院 医学研究科 医学専攻分子生体統御学講座 医化学分野 教授

Yee Kien Chong

京都大学大学院 医学研究科 医学専攻分子生体統御学講座 医化学分野 博士研究員

左から竹内 理、Yee Kien Chong

Contact

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竹内 理 E-mail：otake@mfour.med.kyoto-u.ac.jp
所在地：606-8501 京都府京都市左京区吉田近衛町
U R L：https://mc.mfour.med.kyoto-u.ac.jp/

Yee Kien Chong E-mail：cyeekien@mfour.med.kyoto-u.ac.jp
所在地：606-8501 京都府京都市左京区吉田近衛町

Abstract
Toll 様受容体（TLR）の刺激は、いずれもマクロファージにおける炎症反応にきわめて重要である解糖およびミトコンドリア活性酸素種（ROS）の産生を誘導する。われわれは本稿で、TLR 誘導性のサイクリンファミリーメンバーであるサイクリンJ が、解糖およびミトコ
ンドリア機能をともに制御することで、マクロファージのサイトカイン産生を減少させることを明らかにした。サイクリンJ はサイクリ
ン依存性キナーゼ（CDK）と相互作用し、それによって転写因子 FoxK1 および GTPアーゼ Drp1を含む CDK 基質のサブセットのリン酸化を促進していた。FoxK1 のサイクリンJ 依存的リン酸化は解糖系遺伝子の転写および Hif-1α活性化を減少させ、一方でサイクリンJ 依存的リン酸化によるDrp1 の過剰活性化はミトコンドリアの断片化を促進し、ミトコンドリアROS 産生を抑制した。マウスにおいて、マクロファージのサイクリンJ は腫瘍移植片の成長を制限するとともにLPS 誘導性ショックから防御していたが、逆に細菌感染に対する感受性を増大させていた。これらの知見は、サイクリンJ-CDK のシグナル伝達が、マクロファージの炎症反応を駆動する
代謝変化に拮抗することにより、抗腫瘍免疫の促進および炎症の収束を促進することを示している。

自然免疫の制御を目指して
自然免疫は、ウイルスや細菌など感染防御だけではなく、自己免疫疾患や代謝性疾患、がんの進展、老化などさまざまな病気に関連しています。その制御メカニズムを解明することは、新
たな治療法の開発にもつながると考えています。
本研究室では、自然免疫の制御メカニズムを、遺伝子改変マウ
スモデルを中心に多角的に研究しています。免疫や私達の研究に興味のある学生さんなど、おられましたらご連絡ください。

16

サイクリンJ によるマクロファージ制御機構の解明
マクロファージは、炎症応答や組織修復、がん免疫などに重要な自然免疫細胞です。マクロファージは、感染した病原体をToll 様受
容体（TLR）などのセンサーにより認識し、細胞内にその情報を伝達し、炎症応答に関わる多くの遺伝子を発現します。マクロファージ
活性化の過程で、代謝経路にダイナミックな変化が起こります。細胞は、解糖系、もしくはミトコンドリアの酸化的リン酸化により
ATPを得ますが、マクロファージの活性化により、酸化的リン酸化から好気的解糖へと代謝がシフトします。
一方、サイクリンファミリーはヒトで 30 種類ほど存在するタンパク質で、サイクリン依存性キナーゼ（CDK）と結合して細胞周期の調節に働くことが知られています。最近、サイクリン分子が、新たな機能を持つことが報告されてきましたが、炎症を制御する分子機構は不明でした。
本研究では、マクロファージにおけるサイクリンファミリーの遺伝子発現変化を網羅的に解析し、機能未知の分子であるサイクリンJ の発現が、細胞周期とは関係なく、TLR 刺激やウイルス感染時に産生されるI 型インターフェロンにより誘導されることを見出しました。
マクロファージにサイクリンJを発現させるとTLR 刺激に対するサイトカイン産生を抑制しましたが、逆にサイクリンJ 欠損細胞ではサイトカイン産生が亢進していました。また、サイクリンJ 発現マクロファージでは、解糖系やミトコンドリアの酸化的リン酸化やミト
コンドリアの活性酸素発現も抑制されていました。
分子機構の解析から、サイクリンJ は CDKに結合し、Foxk1や Drp1 のリン酸化を誘導し、Foxk1による解糖系の活性化を抑制するとともに、Drp1によるミトコンドリア分裂を誘導することで酸化的リン酸化を抑制し、マクロファージからのサイトカイン産生を抑制していることがわかりました（図 1）。
また、マクロファージ特異的にサイクリンJを欠損するマウスは、細菌感染に対して対照群より耐性になっていること、腫瘍マクロファージの制御によりがん免疫応答が抑制され、腫瘍が増大してしまうことも見出しました（図 2）。
本研究で、マクロファージの代謝を通じて機能を制御する鍵分子としてサイクリンJ が存在することを発見しました。この結果は、サイクリンJ が、マクロファージの代謝制御や、感染防御、がん免疫などに対する創薬のターゲットとなる可能性を示しています。
マクロファージは単一のタンパク質だけから制御を受けている訳ではなく、多くのタンパク質が複合的に作用しています。これらの機構を包括的に解明することで、マクロファージ制御の全体像につなげてきたいと考えています。

図 1：サイクリンJ によるマクロファージ制御モデル（A）
サイクリンJによる炎症抑制メカニズム。（B）
サイクリンJ 発現とマクロファージ状態の関連

図 2：マクロファージ特異的サイクリンJ 欠損マウスの細菌感染や腫瘍移植に対する応答
マクロファージ特異的サイクリンJ 欠損マウスでは、黄色ブドウ球菌感染に対する生存率が改善し（A）、移植した腫瘍組織が増大する
（B）
。

17

8月9日号

RESEARCH RESOURCE

M. Omura et al., SCIENCE SIGNALING 9 Aug 2022: Vol 15, Issue 746
DOI: 10.1126/scisignal.abm6112
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abm6112

生体外で嗅繊毛の嗅覚受容体を機能的に
プロファイリングするための遺伝学的プラットフォーム
A genetic platform for functionally profiling odorant receptors in olfactory cilia ex vivo

大村 真代 Masayo Omura

Senior Scientist, Yesse Technologies, Inc./ Department of Biological Sciences,
Hunter College, City University of New York
（現 Senior Research Director, Department of Biological Sciences, Hunter College,
City University of New York）

高畠 由季絵 Yukie Takabatake

左から大村 真代、高畠 由季絵

Principal Scientist, Yesse Technologies, Inc.
（現 Associate Director, Cellular Biology, Stablix, Inc.）
すべての論文著者についての情報は、右上 URL/QRコードから原文でご確認ください。

大村 真代

Contact

E-mail：momura@genectr.hunter.cuny.edu 所在地：695 Park Avenue, 904 North Building, New York, NY 10065, USA
U R L：http://feinstein.bioweb.hunter.cuny.edu/
高畠 由季絵 E-mail：ytakabatake@stablix.com 所在地：ACLS East Tower, Suite 502, 450 East 29th Street, New York, NY 10016, USA
U R L：https://www.stablix.com/

Abstract
ヒトにおける匂いの知覚の分子基盤は、嗅覚受容体（OR）を生来の環境の外で研究するのが難しいため、謎に包まれている。それは、in vitroにおいて OR の細胞表面での発現効率の低さが原因で、ORを発現させて機能的にプロファイリングするための努力によってもたらされた成果が限られているからである。嗅覚神経細胞の表面から突出している繊毛と呼ばれる構造体は、嗅覚シグナル伝達機構の全構成要素を含有しており、ex vivo のプレートアッセイで匂い特異的な反応を迅速に測定可能である。本稿でわれわれは、OR1A1とOR5AN1という2 つのヒトORを発現するマウスの嗅覚ニューロンから単離された繊毛を用い、以前のアッセイに比べて 10 倍から100 倍のリガンド感受性を示す手法について説明する。マウス1 匹から産生された繊毛は、最大で 384ウェルアッセ
イプレートの 4,000ウェルでアッセイが可能であり、単離された繊毛は冷凍貯蔵による保存が可能である。この供給ラインは、ヒトの嗅覚を解読する可能性をもつ、高感度で規模拡張性の高い生体外での匂いスクリーニングプラットフォームを提供する。

いつでもどこでも前を向いて！
本プロジェクトは、スタートアップ Yesse TechnologiesとHunter College, City University of New York の共同研究で行われました。残念ながら、Yesse Technologies は閉鎖してしまいましたが、引き続き嗅覚の謎解きプロジェクトは New
York City で開拓精神と探究心を忘れず追究していきます。研究に限らず、いつどこにいて何をしていても人は支え合っていて、経験は消えることはありません。Charlotte D’
Hulst 博士、Paul Feinstein 博士、そして Yesse Technologies のメンバーに感謝の意をここに記したいと思います。
写真：マンハッタン、アッパーイーストサイドにあるHunterCollege, CUNY の Feinstein lab から望むある日の夕焼け

18

ヒトの嗅覚入力コードを解き明かすための基盤の構築
空気中に存在する匂い物質を受容・認識する嗅覚は、鼻腔の中の嗅神経細胞（OSN）と中枢神経系のネットワークの活性化によって私たちにもたらされます。匂い物質が、OSN の繊毛の膜に発現している嗅覚受容体（OR）に結合することから始まります。多種多様
な匂い物質を識別するために、ヒトでは約 400 種類の OR が機能しています。匂い物質とOR の多様性に加え、OR は培養細胞で膜表面に機能的に発現させることが難しく、OR がクローニングされて 30 年経った現在でも網羅的な OR の機能解析はあまり進んでいません。私たちはこれまでに、OR 遺伝子の OSNにおける選択的な発現を制御するエンハンサー配列を用い、目的 ORを高頻度かつ選択的に発現させることに成功しています（図 1 上段）。そこで、本研究では目的 ORを高頻度かつ選択的にOSN で発現するトランス
ジェニックシステムと、ORを含む匂いの情報伝達の分子群を内在的に発現しているOSN の嗅繊毛を用い、第二次伝達物質である
cAMP の濃度変化を指標とした ex vivo 匂い応答検出システムを組み合わせ、ヒトの嗅覚の入力機構の網羅的解析のための基盤構
築に取り組みました（図 1）。
本論文では、ヒトの OR1A1とOR5AN1をターゲットとしました。緑色蛍光カルシウムセンサー GCaMPを同時発現させて、目的
OR 発現細胞を可視化しました（図 2A）。1 匹のトランスジェニックマウスから、最大 384ウェルプレート4,000ウェル分の匂い応答測定が可能になりました。OR1A1とOR5AN1 発現マウスの繊毛サンプルは野生型のサンプルと比較し、それぞれのリガンド溶液に有意に応答を示しました（図 2B）。12 種類のムスク様の匂い物質の濃度を変化させて OR5AN1 サンプルの応答を測定したところ、10 種のムスク様物質に異なる親和性をもって応答し、OR1A1 嗅繊毛サンプルは carvone の光学異性体を識別することができました。さらに、リガンドの蒸気刺激による匂い応答の検出も可能でした。これらの ex vivoアッセイの結果は、従来の匂いアッセイに比べて約 10 〜 100 倍の感度をもっていました。本トランスジェニックシステムは想定上、あらゆるヒトOR 遺伝子の挿入が可能であり、ヒトOR の網羅的な機能解析が高感度、ハイスループットで可能となる基盤構築に成功しました。
本研究では、トランスジーンがゲノム上にランダムに挿入されるシステムを使用しましたが、現在、より正確かつ安定した発現を得るために安全な遺伝子座にノックインで目的 ORを発現させるシステムの構築が進んでいます。近年、嗅覚によって、パーキンソン病
や一部のガンなどの病気の検知が報告されています。本システムは特定の匂いに対するORを同定し、センサーを構築するうえでも役立つと考えられ、ヒトの嗅覚の入力メカニズムの解明とヘルスケアをサポートする応用面の両方向での貢献が期待されます。

図 1：嗅覚受容体高発現トランスジェニックマウスを用いた匂い応答解析システム
上段：トランスジーンの骨格。マウス嗅覚受容体 Olfr151 の基本骨格にエンハンサーを付加し、ヒト嗅覚受容体を設置。中段：アッセイの流れ。下段：第 2 次伝達物質の cAMPを測定し、匂い応答を評価。

図 2：嗅覚受容体高発現トランスジェニックマウスと
ex vivo 匂い応答
A：ヒト嗅覚受容体 OR1A1とGCaMPを発現させたマウスの嗅上皮。B：ヒトOR5AN1とOR1A1 高発現マウスの繊毛を用いた匂いアッセイの結果。野生型に対し、それぞれのリガンドに有意に応答した。

19

9月13日号

RESEARCH ARTICLE

Y. Kawamura et al., SCIENCE SIGNALING 13 Sep 2022: Vol 15, Issue 751
DOI: 10.1126/scisignal.abi5453
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abi5453

胎児マクロファージが上皮間葉転換の誘導を通じて破水した羊膜の修復を助ける
Fetal macrophages assist in the repair of ruptured amnion through the induction of epithelial-mesenchymal transition

最上 晴太 Haruta Mogami

京都大学 医学部 婦人科学産科学 講師

川村 洋介 Yosuke Kawamura

京都大学 医学部 婦人科学産科学 特定病院助教

左から最上 晴太、川村 洋介

Contact

すべての論文著者についての情報は、右上 URL/QRコードから原文でご確認ください。

川村 洋介 E-mail：ykawa@kuhp.kyoto-u.ac.jp
最上 晴太 E-mail：mogami@kuhp.kyoto-u.ac.jp
所在地：606-8507 京都府京都市左京区聖護院川原町 54
所在地：606-8507 京都府京都市左京区聖護院川原町 54
U R L：https://obgy.kuhp.kyoto-u.ac.jp/labo/labo_02.html
U R L：https://obgy.kuhp.kyoto-u.ac.jp/labo/labo_02.html

Abstract
早産期前期破水（pPROM）と呼ばれる羊膜の破綻は、早産の主要な原因である。しかしまれに、このように破綻した卵膜が自然に治癒することがある。本研究でわれわれは、卵膜のうち胎児に最も近い上皮細胞層である羊膜の修復機構を検討した。ヒトおよびマウスの羊膜において、マクロファージは破膜部に遊走して集積していた。破膜部では、「上皮間葉転換（EMT）」と呼ばれる上皮細胞が間葉細胞の表現型を獲得し、組織修復に関係するプロセスが認められた。マクロファージ欠損胎仔の母獣では、破水した羊膜の修復が不良であり、破膜部には EMT がほとんど認められなかった。創傷治癒アッセイにおいて、ヒト培養羊膜上皮細胞の遊走には TGFβ-Smadシグナル伝達を通した EMT が介在していた。これらの所見は、胎児マクロファージが羊膜上皮細胞の EMTを誘導し、羊膜修復に重要な役割を担っていることを示唆している。

京都大学 医学部 婦人科学産科学
周産期研究室
私たちの研究室では周産期医療の向上に寄与することを目指し、前期破水に対する新規治療法の開発、妊娠中の子宮頸部のムチンタンパクによる防御機構の解明、iPS 細胞を用いた絨毛細胞の分化機構の解明、胎盤機能再生療法の開発などの研究を行っています。周産期領域はがんや生活習慣病などと比べて非常にマイナーな研究領域であり、研究者も少なく研究資金も限られています。
また私たちは、患者さんのために臨床業務もしないといけません。このような厳しい研究環境の中でも、Science Signaling のような一流誌に私たちの研究成果を発表できたことは望外の喜びです。大金をつぎ込んだムーンショットな研究より、着眼点の面白さ、実験の工夫などにより、今後の臨床の基礎となるような地道でおもしろい研究を続けていきたいと思っています。

20

子宮内胎児マクロファージによる羊膜の創傷治癒機構
早産のうち約 3 割は、胎児を包む卵膜が妊娠 37 週未満に破綻する前期破水が原因となります。早産は新生児死亡の大部分を占め、ときに児に後遺症を残します。また早産などにより低出生体重児で出生することは、胎児プログラミング説によると、高血圧、糖尿病、脂質代謝異常など児の成長後の生活習慣病のリスクファクターとなります。さらに、早産児では発達障害や統合失調症などの精神・神経疾患の発症が増加することも指摘されています。このように早産は医学的・社会的にも大きな問題です。
多くの前期破水例は数日以内に陣痛発来して分娩となり、これまでは治療不可能な状態と考えられていました。しかし妊娠中期の破水は、まれに数週間～数ヵ月分娩にいたらないこともあり、前期破水が自然治癒（re-sealing）
する場合があることが臨床上経験されます。本研究では、破水が自然治癒する機構から、羊膜の再生・治癒のメカニズムについて探りました。
ヒトの前期破水症例を組織学的に観察すると、破水した羊膜の断端部にマクロファージが多数集積していました。そこで、マウス前期破水モデルを作成したところ、24 時間後には羊膜の断端部の間葉細胞の増殖が始まり、マクロファージの遊走がみられました。そして 48 ～ 72 時間後には増殖した羊膜間葉細胞の表面を上皮細胞が覆い、羊膜の治癒が確認されました。このとき、羊膜上皮細胞
では上皮間葉転換が生じていました。つまり、マクロファージが TGF-β-Smadシグナルを介して羊膜の上皮間葉転換を促進することが推察されました。さらに、胎仔マクロファージの欠損マウスを作製して解析すると、羊膜の治癒が著明に不良となり、上皮間葉転換も確認されませんでした。以上より、羊膜の治癒・再生には胎児マクロファージが必須であることが明らかとなりました。
将来の前期破水に対する治療戦略としては、羊膜がダメージを受けたら、破水が生じる前にその原因を除去するか早めに修復させる、あるいはもし破水してしまったら、マクロファージを遊走・活性化させるような因子を局所投与して羊膜の創傷治癒を促進させる、などの方法が考えられます。これまで前期破水は治療不可能と考えられていましたが、私たちはこの視点を180 度変え、羊膜の治癒機構の一端を解明しました。将来、前期破水を予防して「治る病気」とするために、さらに研究を続けていきたいと思います。

図 1：胎仔マクロファージ欠損マウスの羊膜治癒（H&E 染色）野生型（左）では破水部羊膜に間葉細胞の増加が著明で治癒しているが、胎仔マクロファージ欠損マウス（右）では羊膜の治癒がほとんどみられない。
（黒色は墨汁によるマーキング）

図 2：マウス羊膜の上皮間葉転換（蛍光免疫染色）野生型（左）では破水部羊膜上皮にE-cadherin 、vimentin の細胞がみられ、上皮間葉転換が確認されるが、胎仔マクロファー+
ジ欠損マウス（右）では羊膜上皮にvimentin 細胞がほとんどみられない。Epi：羊膜上皮層、Mes：羊膜間葉層
+

+

21

10月11日号

RESEARCH ARTICLE

T. Sokabe et al., SCIENCE SIGNALING 11 Oct 2022: Vol 15, Issue 755
DOI: 10.1126/scisignal.abl6179
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abl6179

光に反応して視細胞で産生される内在性カンナビノイドがショウジョウバエ（Drosophila）のTRPチャネルを活性化する
Endocannabinoids produced in photoreceptor cells in response to light activate
Drosophila TRP channels

曽我部 隆彰 Takaaki Sokabe

自然科学研究機構 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ 准教授

Craig Montell

Duggan Professor and Distinguished Professor, Department of Molecular, Cellular, andDevelopmental Biology, University of California, Santa Barbara
左から曽我部 隆彰、Craig Montell

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曽我部 隆彰Contact

E-mail：sokabe@nips.ac.jp
所在地：444-8787 愛知県岡崎市明大寺町字東山 5-1
U R L：https://www.excells.orion.ac.jp/research-group/thermal-biology
Craig Montell E-mail：cmontell@ucsb.edu
所在地：University of California, Santa Barbara, CA 93106, USA
U R L：https://labs.mcdb.ucsb.edu/montell/craig/

Abstract
ショウジョウバエの複眼における光伝達は、一過性受容器電位（TRP）
カチオンチャネルの活性化に至るシグナル伝達カスケードのモデルである。TRP および TRPL は、ロドプシンの光刺激とGαq およびホスホリパーゼ Cβ（PLC）の結合によって調節される古典的な canonical
TRP（TRPC）
チャネルとして知られている。視細胞におけるTRPC チャネルの活性化には、PLC の下流で産生される脂質代謝物が不可欠である。われわれは、PLC 刺激に続いて産生され、チャネルの活性化に寄与する主要な脂質を同定することを目指した。本研究では、遺伝学、脂質分析、ならびにCa2+ イメージングを用いて、光が、in vivo で豊富に存在する内在性カンナビノイドである2-リノ
レオイルグリセロール（2-LG）の量を増加させることを見出した。2-LG 量の増加は、norpAとinaEによってそれぞれコードされる
PLCとジアシルグリセロールリパーゼに依存していた。この内在性カンナビノイドは、異所性発現系および複眼から単離した個眼において、TRPC 依存的な Ca2+ 流入を促進した。さらに、2-LGと機械的刺激は協調的に個眼の TRPC チャネルを活性化した。われわ
れは、2-LG が、視細胞において TRPC チャネルを活性化する、生理学的に重要な内在性カンナビノイドであることを提唱する。

生命を支える感覚機能の仕組みと不思議を解き明かす
私たちの周りにあふれる無数の環境情報は、細胞膜に埋め込まれた様々なセンサーがキャッチし、細胞内に送り込み、生体機能の維持に役立てています。必要な情報を正確に取り込んで適切な環境を選び、環境に適応することは生存のための鍵であり、ヒトの健康に欠かせません。私たちの研究チームは、ショウジョウバエモデルを中心に、センサー分子とそれを取り囲む膜脂質との相互作用の観点から、感覚応
答のメカニズムを追究しています。加えて、老化やストレスに伴う感覚機能障害の発生機序や、昆虫のセンサーを標的にした害虫防除戦略の開発など、応用を目指した研究にも取り組んでいます。
日本で感覚研究を盛り上げたいという意欲的な方からの連絡をお待ちしています（2 名の外国人学生を受け入れ中）。

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視細胞の光応答で働く内因性カンナビノイドの作用機構
光受容はあらゆる生物において、視覚や体内時計の調節などに関わる重要な感覚機能です。ショウジョウバエは複眼という光感受性の視細胞が集まった組織を持ち、光応答を容易に測定できることから、光情報伝達の研究に長らく用いられてきました。これまでの研究で、光刺激は、まずロドプシンと呼ばれる受容体で受け取られ、その後、様々なタンパク質や脂質の作用を経て TRP チャネルを活性化させることで、視細胞が応答することが分かっています。しかし、TRP チャネルを直接制御する脂質分子については、これまで
はっきり結論が出ていませんでした。
本研究では、光刺激を与えたときに視細胞で増加する脂質分子を捉えるために、光刺激を与えた直後のハエを液体窒素で急速冷凍することで視細胞の反応を止め、頭部に含まれる脂質成分を分析しました。その結果、内因性カンナビノイドに分類される2-リノレ
オイルグリセロール（2-LG）という脂質が光刺激で増加することを突き止めました（図 1 左）。一方で、光情報伝達に必須であるホスホリパーゼ C（PLC）が欠損したハエでは、光刺激を与えても 2-LG は増加しませんでした（図 1 左）。さらに2-LG は、PLC が産生する
DAGを基質として DAGリパーゼ（DAGL）という脂質分解酵素によって生じることを示しました。
2-LG の作用を解析するために数百ミクロンのハエの複眼を解剖して視細胞を集め、2-LG で刺激した結果、2-LG は正常な視細胞を活性化しましたが、2 つの TRP チャネルを欠損した視細胞はほとんど活性化しませんでした（図 1 右）。この結果から、TRP チャネルの活性化には 2-LG が重要であると考えられました。さらに2-LG は、DAG 産生にともなう膜の変形と協調して TRP チャネルを活性化することを明らかにしました（図 2）。以上の結果から、TRP チャネルは PLCによって産生されるDAGと、DAG が分解されて生じる
2-LG の 2 つの脂質分子によって制御されると結論づけました（図 2）。
本研究によって、光刺激が TRP チャネルへ情報伝達する新たなメカニズムが明らかになりました。DAGや内因性カンナビノイドなどの脂質分子によるTRP チャネルの活性制御は、他のシグナル伝達でも確認されています。今後、幅広い細胞内情報伝達やそれに関わる生理機能・病態の解明に役立つことが期待されます。

図 1：光刺激で増加した 2-LG は、視細胞の TRP チャネルを活性化する（左）光刺激したハエの頭部からPLC 依存的に増加する内因性カンナビノイド2-LGを同定した。
（右）単離した視細胞を2-LG で刺激すると、TRPとTRPL チャネルを発現する視細胞が強く応答した。

図 2：光刺激の情報伝達経路
光刺激によってロドプシン、Gq、PLC が活性化し、DAG が生じる。DAG からDAGLを介して 2-LG が産生される。DAGを介した膜の変形と2-LGによって、2 つの TRP チャネルが活性化される。

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11月1日号

RESEARCH ARTICLE

T. Murakami et al., SCIENCE SIGNALING 1 Nov 2022: Vol 15, Issue 758
DOI: 10.1126/scisignal.abl5304
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abl5304

セマフォリン4Dは軟骨細胞の転写機構の再構築により関節軟骨の破壊と関節の炎症を誘導する
Semaphorin 4D induces articular cartilage destruction and inflammation in joints bytranscriptionally reprogramming chondrocytes

村上 智彦 Tomohiko Murakami

大阪大学 大学院歯学研究科 生化学教室 講師

西村 理行 Riko Nishimura

大阪大学 大学院歯学研究科 生化学教室 教授

左から村上 智彦、西村 理行

Contact

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村上 智彦
E-mail：murakami.tomohiko.dent@osaka-u.ac.jp
所在地：565-0871 大阪府吹田市山田丘 1-8
U R L：https://www.dent.osaka-u.ac.jp/biochem/biochem-2711

西村 理行
E-mail：nishimura.riko.dent@osaka-u.ac.jp
所在地：565-0871 大阪府吹田市山田丘 1-8
U R L：https://www.dent.osaka-u.ac.jp/biochem/biochem-2711

Abstract
炎症性サイトカインは関節疾患の病態形成に重要な役割を果たしている。われわれは質量分析に基づくクローニング法を活用し、軟骨破壊を直接促進する炎症性サイトカインとして、セマフォリン4D（Sema4D）を同定した。関節リウマチモデルにおいて、Sema4d欠損マウスは野生型マウスと比べ、軟骨破壊が緩和していた。Sema4D は、マウス関節軟骨細胞において、マトリックスメタロプロ
テアーゼ
（MMP）
やアグリカナーゼなどの軟骨分解に関わるタンパク質分解酵素の発現誘導を特徴とする、炎症応答を誘導した。関
節軟骨細胞におけるSema4DによるMmp13 および Mmp3 の発現誘導は、RhoA（Sema4D 誘導性の細胞骨格再編成を媒介する
GTPアーゼ）に依存していなかった。その代わりに、この発現誘導は受容体 Plexin-B2 および c-Met の下流に位置するNF-κBシグ
ナル伝達および Ras-MEK-Erk1/2シグナル伝達を必要とし、転写因子であるIκBζおよび C/EBPδに依存していた。これらのSema4Dシグナル伝達経路を遺伝学的および薬理学的に阻害すると、軟骨細胞におけるMMP 誘導および大腿骨骨頭の器官培養における軟骨破壊が阻害された。これらの結果から、Sema4D のシグナル伝達が軟骨破壊を促進する機構が明らかとなった。

シグナル伝達・転写制御機構から運動器を科学し、アカデミック創薬を目指す
哺乳類の運動器は、骨、軟骨、関節、筋肉、靭帯腱などの組織から構成されています。私たちは、骨、軟骨、関節の形成機構、代謝制御、ならびに疾患の発症機序を、分子、細胞および個体レベルで解析し、得られた知見に基づいて、骨粗鬆症、関節リウマ
チ、変形性関節症に対する新規治療法の開発に結びつけたいと思い、研究を展開しています。特に、細胞内シグナル伝達機構、転写因子の制御機構およびエピゲノム機構を軸にプロジェクトを推進しています。また、ゲノム編集技術やオミクス解析も積極的に活用して、運動器の神秘の解明に挑戦しています。一緒に、チャレンジしませんか？
写真：研究室の送別会の様子

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関節軟骨破壊を誘導するセマフォリン4D
超高齢社会を迎え、関節リウマチや変形性関節症などの関節破壊を伴う疾患が増加しています。特に関節軟骨は再生能や修復能に乏しいことから、その破壊は歩行障害などの重篤な病態に直結します。関節リウマチや変形性関節症などの関節軟骨の破壊には、自己免疫、機械的刺激、老化などによって生じる炎症が関与します。炎症時には、リンパ球、マクロファージ、滑膜細胞などが活性化
し、炎症性サイトカインを産生します。この炎症性サイトカインは、関節軟骨を破壊する細胞外マトリックス分解酵素の発現を誘導し、関節疾患の発症と進行に深く関与します。そこで本研究では、関節軟骨の破壊と炎症に関与する、新規炎症性サイトカインの同定と分子作用機序の解明を目指しました。
炎症を誘導したマクロファージの培養上清に含まれるタンパク質を質量分析し、関節軟骨破壊作用を有するタンパク質を探索したところ、分泌型セマフォリン4D（Sema4D）を同定しました。Sema4D は神経軸索ガイダンス因子であり、免疫系・骨代謝の制御にも関わることが知られていました。また Sema4D は、関節リウマチ患者の滑液中で上昇することも報告されていましたが、関節軟骨に対する直接の作用は報告されていませんでした。
関節軟骨に対するSema4D の役割を調べるために、マウス関節軟骨表層細胞にSema4Dを作用させると、細胞外マトリックス分解
酵素の発現が顕著に誘導されました。また、マウス関節軟骨器官培養にSema4Dを添加すると、関節軟骨組織が破壊されました（図1）。さらにSema4D 欠損マウスは、関節リウマチモデルに対して抵抗性を示しました。続いて、Sema4D が関節軟骨破壊を誘導するメカニズムを調べました。多くの場合、Sema4D は細胞形態の制御に関わるRhoを介してシグナル伝達を行います（古典的経路）が、この Rhoシグナルを阻害しても Sema4Dによる関節軟骨破壊のシグナルは止められませんでした。解析の結果、関節軟骨破壊
は、古典的経路ではなく、TRAF2-NF-κB から構成される、細胞膜から核へのシグナルによって誘導されることがわかりました（図2）。また、この非古典的 Sema4Dシグナルを遺伝的あるいは薬理的に阻害することで、Sema4Dによる関節軟骨破壊が抑制できる
ことも見出しました。以上の結果から、Sema4D は関節軟骨細胞に直接作用し、関節軟骨破壊を誘導する炎症性サイトカインとして機能することが明らかとなりました。
今回見出した非古典的 Sema4Dシグナル経路は、古典的 Sema4D-Rhoシグナル経路とは異なることから、この非古典的経路を阻害することにより軟骨破壊を抑止できる、新規治療法の開発に応用できる可能性があります。非古典的 Sema4Dシグナル経路を創薬ターゲットとして、軟骨破壊に対する阻害薬の開発につなげたいと考えています。

図 1：関節軟骨の器官培養におけるSema4D の効果

図 2：非古典的 Sema4Dシグナル経路の模式図

マウスから単離した大腿骨頭軟骨をSema4D 有無で 3 日間培養し た。培養し た 大腿骨頭軟骨の 切片をSafranin
O/Fast Green 染色した。Sema4Dにより、赤色に染まる軟骨基質が脱落し、関節軟骨破壊が生じている。

Sema4D は、Plexin-B2-TRAF2-NF-κBとc-Met-MEK-Erk1/2シグナルの両方を活性化させる。NF-κB は IκBζとC/EBPδを転写誘導し、Mmp13とMmp3 の誘導に関与する。また、
Sema4D は Adamts4、Adamts5、Il6、Ranklを誘導する。Sema4DとIL-6 は、相乗的にMmp13とMmp3を誘導する。

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11月1日号

RESEARCH ARTICLE

K. Abe et al., SCIENCE SIGNALING 1 Nov 2022: Vol 15, Issue 758
DOI: 10.1126/scisignal.abn8017
オンライン版 URL：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abn8017

ドキソルビシンはミトコンドリアDNAにインターカレートし、
Alas1 依存性にヘム合成を障害することによりフェロトーシスと心毒性を引き起こす
Doxorubicin causes ferroptosis and cardiotoxicity by intercalating into mitochondrial
DNA and disrupting Alas1-dependent heme synthesis

阿部 巧 Ko Abe

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 博士課程

池田 昌隆 Masataka Ikeda

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 助教

井手 友美 Tomomi Ide

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 講師

筒井 裕之 Hiroyuki Tsutsui

左から阿部 巧、池田 昌隆、井手 友美、筒井 裕之

九州大学大学院 医学研究院 循環器内科学 教授

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Contact

池田 昌隆 E-mail：ikeda-m@cardiol.med.kyushu-u.ac.jp 所在地：812-8582 福岡県福岡市東区馬出 3-1-1
U R L：https://www.cardiol.med.kyushu-u.ac.jp/

Abstract
抗がん剤の一つであるドキソルビシンは、ドキソルビシン心筋症とされる心筋傷害（心毒性）を伴うことから、臨床でのがん治療における使用量が厳密に制限されている。われわれは、ミトコンドリアにおける鉄の過負荷と過剰な脂質過酸化によって引き起こされるミ

トコンドリア依存性フェロトーシスが、ドキソルビシン心毒性において重要な病態基盤であることを示してきた。本研究では、ドキソル

ビシンがミトコンドリアDNA（mtDNA）にインターカレートすることでミトコンドリアに蓄積し、mtDNA 量依存性にフェロトーシスを誘導することを明らかにした。さらに、ドキソルビシンによりヘム合成経路の律速酵素である5'-アミノレブリン酸シンターゼ 1（Alas1）の発現が減少することでヘム合成障害が生じ、ヘムへの鉄利用が障害された結果、心筋細胞のミトコンドリアにおいて鉄の過負荷とフェロトーシスが生じていることが明らかとなった。実際にAlas1 の過剰発現は、ドキソルビシンによる一連の鉄過剰および過酸化脂質、そしてフェロトーシスを抑制した。さらにAlas1 の生成物である5-アミノレブリン酸（5-ALA）
を培養心筋細胞とマウスに添加・投与したところ、ヘム合成が促進されることで鉄過剰と脂質過酸化が抑制され、ドキソルビシンによるフェロトーシスとドキソルビシン心筋症を予防することが明らかとなった。これらの所見により、心筋細胞のミトコンドリアにおけるドキソルビシンと鉄の蓄積が協調してフェロトーシスを誘導することが明らかとなり、5-ALA がドキソルビシン心筋症の有望な治療薬であることが示された。

心血管疾患を理解し、その克服を目指す
心血管疾患の病態を理解し、克服するためには、細胞生物学、分子生物学のみならず、生理学、統計学、人工知能など、幅広い問題解決のための集学的なアプローチが必要です。私たちの教室
では、これらの集学的アプローチによって、基礎・臨床の両面から心血管病の病態解明と治療法を模索し、また実践することで、よりよい社会への貢献を目指しています。

26

ドキソルビシンによる心毒性におけるフェロトーシスの機序を解明
アントラサイクリン系抗がん剤（代表薬剤：ドキソルビシン［DOX］）
は、乳がん・卵巣がん・血液腫瘍など多くの癌腫に対する標準治療に用いられる抗がん剤です。しかしながら、投与量依存性に心臓機能障害（心毒性）を引き起こし、発症したアントラサイクリン心筋症は予後不良な疾患です。私たちは先行研究において、DOX 投与下で鉄依存性に生じる過酸化脂質により誘導されるフェロトーシ
スがミトコンドリアを端緒として生じ、心毒性の主たる病態基盤であることを示しました（T. Tadokoro et al., JCI Insight 2020;
5（9）:e132747）。しかしながら、DOXによりフェロトーシスが誘導される機序は明らかでなく、治療法も確立していませんでした。
今回の研究では、1）
DOX は鉄と複合体を形成し、形成された複合体は脂質二重膜に対して強い酸化能を示すこと（T. Miura et al.,Pharmacol Toxicol 1991;69:296-300）、2）
DOX は二本鎖 DNAに入り込む（intercalation）
性質があること、3）鉄を活性中心とするヘムがミトコンドリアで合成されること、に着目しました。ミトコンドリアには核 DNAとは異なる独自のミトコンドリアDNA（mtDNA）
があり、1 つのミトコンドリアに複数の mtDNAコピーを有します。DOX はこの mtDNAに入り込んで mtDNA 量依存性にミトコンドリアに集積し、鉄との複合体を形成することで過剰な過酸化脂質を生成し、フェロトーシスを誘導していることが明らかになりました。
一方で、DOX は核 DNAにも入り込み、DNA 傷害および多様な遺伝子発現変化を引き起こすことで抗がん作用を示します。DOX
により多くの遺伝子発現が変化する中で、ヘム合成経路の律速酵素であるアミノレブリン酸合成酵素（Alas1）
が著明に低下している
ことを見出しました。ヘモグロビンの中心体としてよく知られるヘムは、ミトコンドリアにおいてプロトポルフィリンIX（PpIX）に鉄が組み込まれることによって合成されます。DOX は Alas1 の発現を抑制することでヘム合成を障害し、その結果ヘムに使用されなくなった鉄がミトコンドリア内に蓄積し、鉄過剰状態が生じていることが明らかになりました。実際にAlas1を過剰発現させたところ、DOXによる鉄過剰、過酸化脂質、そしてフェロトーシスが抑制されました。これらの結果を踏まえ、Alas1 が合成するアミノレブリン酸（5-ALA）
を添加・投与することにより、DOXによる鉄・過酸化脂質、そしてフェロトーシスを抑制することで、DOXによる心毒性（心機能障害）を予防し得ることを示しました。
本来、増殖能が高いがん細胞を標的とする抗がん剤が、「なぜ増殖能を持たない心筋細胞において優位に毒性を生じるのか」という疑問は、長年にわたり未解決の課題でした。本研究では、mtDNAコピー数が全臓器の中で最も多いという心臓（心筋細胞）の特徴
が、心臓優位に毒性を引き起こす本態であることを明らかにしました。さらに、ミトコンドリアに鉄が蓄積する分子基盤の解明により、5-ALA が DOXによるフェロトーシスおよび心毒性を予防する治療法になり得ることが示されました。
日本を含む全世界でがん罹患患者数は増加し続けており、それに伴いアントラサイクリン系抗がん剤の使用も過去 10 年で 2 倍に増え（北米市場ベース）、今後もさらに拡大することが見込まれています。そのため、心毒性の予防法の臨床開発は喫緊の課題です。
本研究の成果に基づく「アントラサイクリン系抗がん剤による心毒性抑制薬としてのアミノレブリン酸の研究開発」
を進めることにより、最適ながん治療を実現できるとともに、心臓合併症を予防することでがん患者の QOL の改善が期待されます。

図 1：ドキソルビシン（DOX）
は mtDNA に集積する

図 2：ドキソルビシン（DOX）により生じるフェロトーシスの分子機序

mtDNAを低濃度 SYBR Green Iにより特異的に染色し（緑色）、DOX の自家蛍光（赤色）を蛍光顕微鏡で観察した。DOX
は mtDNAに一致して集積した。

1）
DOX がミトコンドリア（mtDNA）に集積、2）
核 DNA での遺伝子変化として Alas1 の発現が低下、ミトコンドリアの鉄が増加、3）
ミトコンドリアに蓄積した DOXと鉄がフェロトーシス
を引き起こす。

27

Science および姉妹誌の投稿規定
サイエンス誌（Science）
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