このJapanese Scientists in Science Signaling 2019では、2019 年の1 年間にシグナリング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、シグナリング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、2020 年 1月時点のものになります。

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発行日2020 年 3 月© 2020 American Association for the Advancement of Science (AAAS). All Rights Reserved.

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Japanese Scientists in Science Signaling 2019

シグナリングに載った日本人研究者
ご挨拶
米国科学振興協会（AAAS）の公式刊行物であるScience Signalingは、世界的な科学学術誌 Scienceの姉妹誌として、Cell Signaling（シグナル伝達）に関する先進的な研究成果を毎週発信しています。同誌は1996 年にSignal Transduction Knowledge
Environment（STKE）
として創刊され、今に至るまで飛躍的な発展を遂げている生物学の基盤を支えてきました。
この「シグナリングに載った日本人研究者」は、「サイエンス誌に載った日本人研究者」の 姉妹冊子として2015 年に刊行され、通算 6 号目を数えます。本冊子には、2019 年にScience Signalingで発表された22 件の研究を紹介しています。一昨年は8 件、昨年は16 件でしたから、2019 年は多くの日本人がこの分野で活躍したことがわかります。本誌と同様、海外に住む、または海外との共同研究が増え、世界と繋がりながら研究が進んでいるのは興味深いことです。
本誌には、アブストラクトの翻訳に加え、それぞれの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。
シグナル伝達の研究は、単なる生物学の一領域という位置づけを超えて、生体制御機構のあらゆる側面に関わる重要な知見をもたらしています。今回取り上げた研究
も、腫瘍細胞の薬剤耐性や炎症反応への関与など臨床応用につながりそうなものから、組織の分化や発達を司る生命の基礎となるメカニズムの解明に至るまで、今後の生命科学をあらゆるシーンで強力に牽引していくことでしょう。本誌が、生命科学研究に携わる多くの方にとってインスピレーションの基盤となることを祈念しています。
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。
2020 年 3月
編集チーム一同1

Japanese Scientists in Science Signaling 2019
シグナリングに載った日本人研究者
Science Signaling 投稿について ……………………………………………………………………………………………6

2017年1月3日号
1月1日号

Research
Editorial Article
Guide

aPKC 特異的活性レポーターにより明らかにされた
スフィンゴシン1‐リン酸による非典型プロテインキナーゼCの活性化 ………………………………8
Activation of atypical protein kinase C by sphingosine 1-phosphate revealed by an aPKC-specific activity reporter
神戸大学大学院 医学研究科 生化学・分子生物学講座 助教

梶本 武利
Distinguished Professor, Department of Pharmacology, University of California at San Diego Alexandra C. Newton
Visiting Scholar, Department of Pharmacology, University of California at San Diego

2017年1月3日号
1月15日号
2月6日号

Research
Editorial Article
Guide

フィトスフィンゴシンとCD300bの相互作用がザイモサンにより誘導される
一酸化窒素依存性の好中球動員を促進する ……………………………………………………… 10
7KHSK\WRVSKLQJRVLQH&'ELQWHUDFWLRQSURPRWHV]\PRVDQLQGXFHGQLWULFR[LGHGHSHQGHQWQHXWURSKLOUHFUXLWPHQW
現 順天堂大学大学院 医学研究科 アトピー疾患研究センター 先任准教授
旧 東京大学 医科学研究所 先端医療研究センター 細胞療法分野 / 幹細胞治療研究センター 幹細胞シグナル制御分野 准教授
東京大学 医科学研究所 先端医療研究センター 細胞療法分野 / 幹細胞治療研究センター 幹細胞シグナル制御分野 博士研究員

1月22日号

Research Article

北浦 次郎
高橋 まり子

転写抑制因子 RESTは髄芽腫のマウスモデルにおいて、座位で系列・
分化段階特異的なクロマチン凝縮を引き起こし、AKT 活性化を促進する……………………… 12
Transcriptional repressor REST drives lineage stage-specific chromatin compaction at Ptch1 andincreases AKT activation in a mouse model of medulloblastoma
Instructor, Department of Pediatrics, University of Texas, MD Anderson Cancer Center前川 真治
Vidya Gopalakrishnan

Associate Professor, Department of Pediatrics, University of Texas, MD Anderson Cancer Center

2月5日号

Research Article

アダプタータンパク質 CIN85によるT 細胞の活性化および機能の抑制 ………………………… 14
Inhibition of T cell activation and function by the adaptor protein CIN85
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム チームリーダー

齊藤 隆
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム 上級研究員 多根 彰子
大阪大学 免疫学フロンティア研究センター（IFReC）
免疫シグナル 招へい教授

理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム
Institute for Research in Molecular Medicine, Main Campus, Universiti Sains Malaysia（現 Microbiota Host Interactions, Nutrigenomics & Metabolism Laboratory, Lee Kong Chian School of Medicine,
Nanyang Technological University）

2月19日号

Research Article

Mei Suen Kong

グルタチオン - 転移酵素は脳炎症時に炎症誘発性のアストロサイト‐ミクログリア間連絡を促進する ……………………………………… 16
Glutathione S-transferases promote proinflammatory astrocyte-microglia communication during brain inflammation
Assistant Professor, Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine（現 Associate Professor, Department of Psychiatry and Behavioral Neurobiology,
The University of Alabama at Birmingham School of Medicine）
M.D., Johns Hopkins Medicine

2

澤明

加野 真一

2月26日号

Research Article

慢性的 TGF-β 曝露はEMT 安定化、腫瘍幹細胞性、抗がん剤耐性を促進し、
バイトピックなmTOR 阻害に対して脆弱性を示す…………………………………………………… 18&KURQLF7*)ȕH[SRVXUHGULYHVVWDELOL]HG(07WXPRUVWHPQHVVDQGFDQFHUGUXJUHVLVWDQFHZLWK
vulnerability to bitopic mTOR inhibition
Postdoctoral fellow, Department of Cell and Tissue Biology, University of California at San Francisco
Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, University of California at San Francisco
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 助教

勝野 蓉子

東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 教授

宮園 浩平

Professor, Department of Cell and Tissue Biology, University of California at San Francisco
Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, University of California at San Francisco
Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California at San Francisco
Professor, Department of Anatomy, University of California at San Francisco

4月9日号

Research Article

Rik Derynck

IL-3 刺激を受けたマウス好塩基球のIL-4 産生におけるSTIM1ではなくSTIM2の中心的役割 ……………………………………………………………… 20
3LYRWDOUROHRI67,0EXWQRW67,0LQ,/SURGXFWLRQE\,/VWLPXODWHGPXULQHEDVRSKLOV
東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 免疫アレルギー学分野 助教（現 岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 細胞生理学分野 助教）

4月9日号

Research Article

吉川 宗一郎TRPM7チャネルにより媒介される成長板軟骨細胞における2+
自発的 Ca 振動は骨発生を促進する ……………………………………………………………… 222+7530FKDQQHOVPHGLDWHVSRQWDQHRXV&D fluctuations in growth plate chondrocytes that promote bone development
京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野 助教 / 京阪神次世代グローバル研究リーダー育成コンソーシアム
京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野 特定研究員

5月21日号

Research Article

市村 敦彦

銭 年超

CRACチャネルはアストロサイトのCa2+ シグナル伝達とグリオトランスミッター放出を制御して海馬のGABA 作動性伝達を調節する ……………………………………………………………… 24
CRAC channels regulate astrocyte Ca2+ signaling and gliotransmitter release to modulate hippocampal
GABAergic transmission
Postdoctral fellow, Department of Pharmacology, Northwestern University Feinberg School of Medicine（現 大阪市立大学大学院 医学研究科 麻酔科学講座 講師）

堀 耕太郎

Professor, Department of Pharmacology, Northwestern University Feinberg School of Medicine

6月4日号

Research Article

Murali Prakriya

副腎ステロイド、プロゲステロンおよびスピロノラクトンによるゾウギンザメのミネラルコルチコイド受容体の転写活性化 ………………………………………… 26
Transcriptional activation of elephant shark mineralocorticoid receptor by corticosteroids, progesterone, and spironolactone
北海道大学大学院 理学研究院 生物科学部門 生殖発生生物学分野 教授 / 北海道大学大学院 生命科学院 教授

6月25日号

Research Article

勝 義直

低用量メチル水銀曝露により誘発されるDrp1の脱イオウ化は血行力学的負荷に対する心臓の脆弱性を増加させる …………………………………………… 28'HSRO\VXOILGDWLRQRI'USLQGXFHGE\ORZGRVHPHWK\OPHUFXU\H[SRVXUHLQFUHDVHVFDUGLDFYXOQHUDELOLW\WR
hemodynamic overload
九州大学大学院 薬学研究院 創薬育薬研究施設統括室 講師 /自然科学研究機構（NINS）
生命創成探究センター（ExCELLS）
心循環ダイナミズム創発研究グループ /自然科学研究機構（NINS）
生理学研究所（NIPS）
心循環シグナル研究部門

西村 明幸

九州大学大学院 薬学研究院 創薬育薬研究施設統括室 教授 /自然科学研究機構（NINS）
生命創成探究センター（ExCELLS）
心循環ダイナミズム創発研究グループ 教授 /自然科学研究機構（NINS）
生理学研究所（NIPS）
心循環シグナル研究部門 教授
総合研究大学院大学 生命科学研究科 生理科学専攻 教授

西田 基宏

3

6月25日号

Research Article

アリル炭化水素受容体を介したキヌレニンのシグナル伝達が、
ヒト胚性幹細胞の未分化状態を維持する …………………………………………………………… 30
Kynurenine signaling through the aryl hydrocarbon receptor maintains the undifferentiated stateof human embryonic stem cells
神戸医療産業都市推進機構 細胞療法研究開発センター センター長

川真田 伸
神戸医療産業都市推進機構 細胞療法研究開発センター 技術員 山本 貴子
理化学研究所 多細胞システム形成研究センター

7月9日号

Research Article

L 型アミノ酸トランスポーター LAT1は、
mTORC1 経路を介して破骨細胞形成を阻害し、骨の恒常性を維持する ……………………… 32
The L-type amino acid transporter LAT1 inhibits osteoclastogenesis and maintains bone homeostasis throughthe mTORC1 pathway
金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 薬理学研究室 准教授（現 岐阜薬科大学 薬理学研究室 教授）

檜井 栄一

金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 薬理学研究室（現 岐阜薬科大学 薬理学研究室）

8月20日号

Research Article

堀江 哲寛

適応的交差薬剤耐性において腫瘍表現型可塑性と代謝リモデリングを標的にする ……………………………………………… 34
Targeting tumor phenotypic plasticity and metabolic remodeling in adaptive cross-drug tolerance
Associate Biologist, Division of Engineering in Medicine and Division of Renal Medicine, Department of Medicine,
Brigham and Women s Hospital
Instructor in Medicine, Harvard Medical School

9月3日号

Research Article

市村 隆治

ジアシルグリセロールキナーゼζはアレルギー性気道炎症と気道過敏性を異なる機序で促進する …………………………………… 36'LDF\OJO\FHURONLQDVHȗSURPRWHVDOOHUJLFDLUZD\LQIODPPDWLRQDQGDLUZD\K\SHUUHVSRQVLYHQHVVWKURXJKGLVWLQFWPHFKDQLVPVAssociate Professor, Department of Pathology and Laboratory Medicine,
Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania

10月15日号

Research Article

上林 拓

発達に伴うKCC2の脱リン酸化はGABA 作動性抑制発現さらに生存にも必須である………………………………………………… 38
Developmentally regulated KCC2 phosphorylation is essential for dynamic GABA-mediated inhibition and survival
浜松医科大学 医学部医学科 神経生理学講座 教授
浜松医科大学 光尖端医学教育研究センター 先進機器共用推進部 部長（兼任）
教授
浜松医科大学 医学部医学科 神経生理学講座 助教

福田 敦夫

渡部 美穂

Assistant Professor, Departments of Neurosurgery, Pediatrics, and Cellular and Molecular Physiology;
Centers for Mendelian Genomics, Yale School of Medicine

11月5日号

Research Article

Kristopher T. Kahle

植物ヘテロ三量体 GTP 結合タンパク質のヌクレオチド交換依存性および非依存性機能 ……………………………………………………… 40
1XFOHRWLGHH[FKDQJH±GHSHQGHQWDQGQXFOHRWLGHH[FKDQJH±LQGHSHQGHQWIXQFWLRQVRISODQWKHWHURWULPHULF
GTP-binding proteins
Plant Genetic Engineering Laboratory, School of Agriculture and Food Sciences, University of Queensland（現 Postdoctoral Research Fellow, School of Chemistry and Molecular Biosciences, University of Queensland）

4

丸田 菜津美11月12日号

Research Article

ALK-1/SMAD/ATOH8 経路は低酸素応答を減弱させ、肺動脈性肺高血圧症の発症を防止する …………………………………………………………… 42
7KH$/.60$'$72+D[LVDWWHQXDWHVK\SR[LFUHVSRQVHVDQGSURWHFWVDJDLQVWWKHGHYHORSPHQWRI
pulmonary arterial hypertension
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 助教
Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Uppsala University
Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala University

森川 真大

東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 教授
Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Uppsala University
Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala University

11月19日号

Research Article

宮園 浩平

動的なパルミチン酸化が DKK1 受容体であるCKAP4 およびLRP6のマイクロドメインの局在を制御している ……………………………………………………… 44'\QDPLFSDOPLWR\ODWLRQFRQWUROVWKHPLFURGRPDLQORFDOL]DWLRQRIWKH'..UHFHSWRUV&.$3DQG/53

菊池 章
佐田 僚太

大阪大学大学院 医学系研究科 分子病態生化学 教授
大阪大学大学院 医学系研究科 分子病態生化学

12月3日号

Research Article

膵 β 細胞におけるハイプシン生合成は、ポリアミン代謝と条件的な細胞増殖を関連付け、グルコース恒常性の維持に寄与する ……… 46+\SXVLQHELRV\QWKHVLVLQȕFHOOVOLQNVSRO\DPLQHPHWDEROLVPWRIDFXOWDWLYHFHOOXODUSUROLIHUDWLRQWRPDLQWDLQ
glucose homeostasis
Center for Diabetes and Metabolic Diseases, Indiana University School of Medicine
Research Associate, Diabetes Research Program, Herman B Wells Center for Pediatric Research
Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine（現 Research Associate, Gene and Cell Therapy Program, Herman B Wells Center for Pediatric Research
Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine）

山田 健太郎Professor, Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine/Professor, Department of Medicine,
Indiana University School of Medicine
Director, Herman B Wells Center for Pediatric Research
Director, Center for Diabetes and Metabolic Diseases, Indiana University School of Medicine（現 Professor of Medicine/Director of the Translational Research Center/Kovler Diabetes Center/
Department of Medicine, University of Chicago）

12月10日号

Research Article

Raghavendra G. Mirmira

DishevelledとAxinのDIXドメイン間の直接的なヘテロタイプ相互作用がβ-catenin へのシグナル伝達を媒介する ……………………………………………………………… 48$GLUHFWKHWHURW\SLFLQWHUDFWLRQEHWZHHQWKH',;GRPDLQVRI'LVKHYHOOHGDQG$[LQPHGLDWHVVLJQDOLQJWRȕFDWHQLQ

柴田 直樹
樋口 芳樹

兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 ピコバイオロジー専攻 准教授
兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 ピコバイオロジー専攻 教授5Science Signaling 投稿について
Science Signalingは、Cell Signaling（シグナル伝達）を対象とした最先端の研究成果を取り上げる
週刊の科学専門誌です。
以下に、Science SignalingのInformation for Authors（投稿規定）の簡易日本語版を掲載します。
あくまでこの記事は抜粋版であり、すべての規定を網羅しているわけではないことをご了承ください。投稿前には、後述のウェブサイトで、最新の完全版を必ずご確認ください。

掲載される論文・記事の種類
Research Articles：シグナル伝達（regulatory biology）
に関する画期的な研究成果を発表する
原著論文。主なテーマは細胞内 / 細胞間 / 生体内のシグナル伝達および関連する生体制御機構（systems level analysis of regulatory biology）。構成はアブストラクト、本文（Introduction、Results、Discussion、Materials and Methods）。論文の理解、評価に不可欠ではない場合のみ
Supplementary Materialとして別途添付可。
Research Resources：Research Articleに投稿された論文の中から、新しい評価ツールや技
術、データベース等を紹介する仮説駆動型の研究ではない記事。
Focus：Science Signalingで発表された論文に対するコメンタリー。
Reviews：シグナル伝達研究の新たな展開についての総説。読者の理解を容易にするため、教科書レベルで解説した「注釈（gloss）」
を適宜付ける。

原稿の作成
参考文献および注記：引用する順に番号を付す（本文、参考文献の本文、図表説明文の順）。発表前の論文や私信は含めない。番号は重複しないようにし、組み合わせたり、注記に参考文献を含めたりしないこと。
図表：すべて本文と同じファイルに含める。登場順に番号を付ける。論文の種類により規定が異なるので、それぞれのinstructions for authorsにて詳細を確認すること。
図説明文（legend）：本文と参考文献の間に記載。図中で使用する用語、略語、記号および単位は、本文と揃えること。図のタイトルを1 行目として記載。
表：本文を補足するものとし、同じ内容を重複して記述しないこと。登場順に番号を付ける。表説
明文（legend）の1 文目は、記述的な短いタイトルとする。各カラムには見出しを付け、測定単位を括弧内表示。同一カラム内で単位を変更しないこと。
Supplementary Materials：印刷媒体では提供できない、論文の内容を補完するための資料。
サイズが大きなデータ、ビデオまたは音声ファイルなど。各資料について簡単な説明を記載する。

6

ポリシー
Science Signalingに掲載される論文の著者に対し、AAASは研究における貢献、論文の内容に対する責任、利益相反などについて適切な情報の開示を求めています。投稿の際には、関連する書類の提出が必要です。
Science Signalingにおける研究成果の発表に関するポリシーは、Scienceに準ずるものとします。
Science: editorial policies
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ga=2.26554685.1074055929.1572234410-1790342603.1572234410
また出版倫理に関する事項については、Instructions for Authorsのページを投稿前に必ずご確認
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投稿
Science Signalingでは、オンラインで論文の投稿を受け付けています。ファイル形式等の詳細は論文・記事の種類ごとに定めています。

投稿規定
Information for Authors（一般的な情報）
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Research Articleおよび Research Resources（初回投稿）
https://stke.sciencemag.org/content/instructions-authors-research-articles
Focus（初回投稿）
http://stke.sciencemag.org/content/instructions-authors-focuses
Reviews（初回投稿）
http://stke.sciencemag.org/content/instructions-authors-reviews

オンライン投稿システム
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論文投稿に関する問い合わせ先
E-mail: sciencesignalingeditors@aaas.org
http://stke.sciencemag.org/feedback7

1月1日号

Research Article

Science Signaling 01 Jan 2019:Vol. 12, Issue 562, eaat6662
DOI: 10.1126/scisignal.aat6662

aPKC 特異的活性レポーターにより明らかにされたスフィンゴシン1‐リン酸による非典型プロテインキナーゼCの活性化
Activation of atypical protein kinase C by sphingosine 1-phosphate revealed by an aPKC-specificactivity reporter
Alisha D. Caliman1 Irene S. Tobias1 岡田 太郎 2 Caila A. Pilo1 An-Angela N. Van1 J. Andrew McCammon1 中村 俊一 2
1
2

Department of Pharmacology, University of California at San Diego
神戸大学大学院 医学研究科 生化学・分子生物学講座

梶本 武利 Taketoshi Kajimoto
神戸大学大学院 医学研究科 生化学・分子生物学講座 助教
Visiting Scholar, Department of Pharmacology, University of California at San Diego

Alexandra C. Newton
Distinguished Professor, Department of Pharmacology, University of California at San Diego

左から梶本 武利、Alexandra C. Newton

Figure and Note

Contact
梶本 武利
E-mail：tkajimot@med.kobe-u.ac.jp
所在地：650-0017 兵庫県神戸市中央区楠町 7-5-1
U R L：http://www.med.kobe-u.ac.jp/biochemistry/Home.html
Alexandra C. Newton
E-mail：anewton@ucsd.edu
所在地：9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093
U R L：http://newtonlab.ucsd.edu

Abstract
非典型プロテインキナーゼC（aPKC）
アイソザイムは、
それらが脂質セカンドメッセンジャージアシルグリセ
ロールによって調節されないという点でPKCスー
パーファミリーにおいて独特であり、それにより異なるセ

図 1：Atypical PKC 特異的 Cキナーゼ活性レポーター（aCKAR）
aCKARは、CFP-YFP 間の蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）現象を用いた1 分
子 FRETセンサーである。①細胞内でAtypical PKCが活性化し、② Atypical
PKCに特異的な基質配列がリン酸化（P）を受けると、FHA2ドメインに結合すること
でコンフォメーションが大きく変化し、③結果としてFRET 現象が消失する。このようにしてFRETシグナルの変化を検出することにより、Atypical PKCの可逆的な活性化状態を生細胞内でリアルタイムにモニターすることができる。

カンドメッセンジャーがそれらの機能を急激に制御するかについての推測が導かれた。本研究では、われわれが設計した遺伝的にコードされるレポーターであるを
aPKC 特異的 Cキナーゼ活性レポーター（aCKAR）
用いて、脂質メディエータースフィンゴシン1-リン酸（S1P）が aPKCの細胞内活性を促進することを見出した。細胞内 S1Pは、aPKCの精製されたキナーゼ
ドメインに直接結合し、自己阻害制約を緩和し、それによりキナーゼを活性化した。コンピューターによる解析では、キナーゼドメイン上の潜在的な結合部位が同定され、そのうちのひとつは生化学的に確証された。HeLa 細胞において、aPKCのS1P 依存的活性化はアポトーシスを抑制した。合わせると、われわれの発見は、aPKC 調節のこれまでに記述されていない
分子機構、細胞生存調節におけるS1Pの分子標的

8とaPKCの生化学的および生物学的機能をさらに探図 2：アポトーシス抵抗性獲得におけるS1P-Atypical PKCシグナリング

索するツールを同定する。

がん細胞のようなS1Pの産生が恒常的に高まっている細胞では、高濃度のS1PがAtypical PKCのArg375（R375）および Lys399（K399）に直接作用することでAtypical PKCを持続的に活性化させ、その結果としてこの細胞はアポトーシス抵抗性を獲得する。

プロテインキナーゼCシグナリングの新たな展開
プロテインキナーゼC（PKC）
は、1970 年代後半に西塚泰美博士と共同研究者により発見されたセリン/スレオニンリ
ン酸化酵素であり、これまでの40 年余りの長いPKC 研究の歴史の中でその活性化調節機構や生理機能および疾患との関連の詳細が明らかにされ、細胞内シグナル伝達における司令塔としての役割を担うことが広く知られています。PKCは9 種類の遺伝子にコードされており、活性化におけるコファクターによってConventional, Novel,
Atypicalの3 つのファミリーに分類されています。Conventional PKCアイソザイム（α, β, γ）はジアシルグリセロール（DG）とカルシウムによって活性化され、またNovel PKCアイソザイム（δ, ε, θ, η）
はDGによって活性化されますが、
Atypical PKCアイソザイム（ζ, ι）
は明確なコファクターを持ちません。PKC 研究の歴史は長いですが、その活性化調節機構や生理的意義について未解明な部分も多く、未だPKCシグナリングを自在にコントロールできるまでには至っていません。そこでわれわれは、3 つのファミリーの中でも特にミステリアスなAtypical PKCアイソザイム（ζ, ι）に着目し、新たな活性化制御機構および生理機能との関連の発掘を目指しました。
今回われわれは、Atypical PKCアイソザイム（ζ, ι）の活性化動態を生細胞内でリアルタイムに可視化する技術とinsilicoドッキングシミュレーション技術を融合することにより、Atypical PKCアイソザイム（ζ, ι）の新たなコファクターを発見し、さらにその生理機能との関係を明らかにすることに成功しました。具体的には、まず蛍光共鳴エネルギー移動（Fluorescence Resonance Energy Transfer: FRET）の原理を用いたAtypical PKC 特異的 Cキナーゼ活性レポーター（atypical PKC-specific C Kinase Activity Reporter: aCKAR）
を開発し、このaCKARを用いて細胞内でのAtypical PKC 活性化のコファクターを探索したところ、細胞内シグナル伝達における重要な脂質メディエーター
であるスフィンゴシン1-リン酸（Sphingosine 1-phosphate: S1P）を同定しました。次に、Atypical PKCとS1Pとのin
silico 誘導適合ドッキングシミュレーション解析により、Atypical PKCの立体構造上におけるS1Pの相互作用部位および相互作用に重要なアミノ酸（Arg375、Lys399）を予測しました。さらにin silico 解析の予測結果をもとにaCKAR
イメージングによる細胞レベルへのフィードバック解析を行った結果、生細胞内でのS1PによるAtypical PKCの活性化にArg375 および Lys399との相互作用が必須であることが明らかになりました。またさらに今回明らかにした新たなPKCシグナリングであるS1P-Atypical PKCシグナリング機構がどのような生理機能に関与するかを探索したとこ
ろ、S1PによるArg375 および Lys399を介するAtypical PKCの活性化が、細胞のアポトーシスにブレーキをかける役割（アポトーシス抵抗性）を果たすことが分かりました。
これまでの報告により、がん細胞ではS1Pの産生が亢進しており細胞内 S1P 量が増加していることが知られています。
本研究の結果から、S1P-Atypical PKCシグナリングの恒常的な活性化が、がん細胞の特性のひとつである「アポトーシスを回避する能力」の獲得に関与することが示唆されます。本研究成果のポイントのひとつは、S1PとAtypical
PKCの相互作用情報を分子構造レベルで取得し、さらに生細胞レベルにフィードバックしたことです。今後は、S1PAtypical PKC 相互作用の分子構造情報をもとに、がん細胞などのアポトーシスのブレーキ解除をターゲットとする新
たな分子標的薬開発への発展が期待できます。

カリフォルニア大学サンディエゴ校 Newtonラボ
カリフォルニア大学サンディエゴ校のAlexandra Newton 研究室は、研究室の発足か
ら30 年余り、Daniel Koshland Jr. 博士や西塚泰美博士の精神のもと、一貫して
PKCを中心とするリン酸化シグナリングに関する研究を行っています。最近では特にPKCシグナリングとそれを調節する脱リン酸化酵素 PHLPPシグナリングを中心に、リン酸化シグナリングのがんや神経変性疾患などへの臨床応用を目指した研究を進めています。

91月15日号

Research Article

Science Signaling 15 Jan 2019:Vol. 12, Issue 564, eaar5514
DOI: 10.1126/scisignal.aar5514

フィトスフィンゴシンとCD300bの相互作用がザイモサンにより誘導される一酸化窒素依存性の
好中球動員を促進する
7KHSK\WRVSKLQJRVLQH&'ELQWHUDFWLRQSURPRWHV]\PRVDQLQGXFHGQLWULFR[LGHGHSHQGHQW
neutrophil recruitment
伊沢 久未 1,2 浦井 誠 3 山西 吉典 1,4 前原 明絵 1,2 et al.
1

東京大学 医科学研究所 先端医療研究センター 細胞療法分野 /幹細胞治療研究センター 幹細胞シグナル制御分野
2
順天堂大学大学院 医学研究科 アトピー疾患研究センター

34

国立感染症研究所 真菌部
東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 医歯学系専攻 生体環境応答学講座 免疫アレルギー学

全著者リスト：https://stke.sciencemag.org/content/12/564/eaar5514.full

北浦 次郎 Jiro Kitaura
現 順天堂大学大学院 医学研究科 アトピー疾患研究センター 先任准教授
旧 東京大学 医科学研究所 先端医療研究センター 細胞療法分野 /幹細胞治療研究センター 幹細胞シグナル制御分野 准教授

高橋 まり子 Mariko Takahashi
東京大学 医科学研究所 先端医療研究センター 細胞療法分野 /幹細胞治療研究センター 幹細胞シグナル制御分野 博士研究員
左から高橋 まり子、北浦 次郎

Contact

北浦 次郎
E-mail：j-kitaura@juntendo.ac.jp
所在地：113-8421 東京都文京区本郷 2 丁目1 番 1 号
U R L：https://www.juntendo.ac.jp/graduate/laboratory/labo/atopy_center/

Abstract
ザイモサンはグルカンを主成分とする酵母細胞壁抽出物である。今回われわれは、マウスにおいてザイモサンが好中球を集積させる機序を明らかにした。受容体であるCD300b が欠損すると、ザイモサンに応答して背部空気嚢に動員される好中球は減少した。一方、そのような減少はToll 様受容体 4（TLR4）が認識する細菌膜成分であるリポ多糖（LPS）に対する応答では認められなかった。ザイモサンで処理した野生型マウスの空気嚢に動員される好中球は一酸化窒素（NO）合成阻害剤の投与によりCD300b 欠損マウスの場合と同程度まで減少した。野生型マウスをクロドロネートリポソームで処理するとCD300bを発現してNOを産生する炎症性樹状細胞（DC）が減少し、それによってNO 産生と好中球動員が低下した。同様に、CD300b が欠損すると、ザイモサンで処理した関節腔へのNO 依存的な好中球動員が低下して関節炎が改善した。ザイモサンに含まれる脂質成分であるフィトスフィンゴシンが CD300bのリガンド候補として同定された。フィトスフィン
ゴシンはCD300b 依存的に炎症性 DCのNO 産生を誘導して好中球動員を促進した。以上の結果から、フィトスフィンゴシ
ンとCD300bの相互作用が炎症性 DCによるNO 産生を誘導してザイモサンによる好中球集積を促進することが示され、CD300b が抗真菌免疫に寄与する可能性が示唆された。
Figure and Note

図 1：CD300bはザイモサン投与による好中球集積を促進する（A）
CD300bを欠損するとザイモサン投与による関節腔への好中球集積は減少する。炎症性樹状細胞を除去するクロドロネートリポソーム（B）
やNO 合成阻害剤（C）の前投与はCD300b 依存的に好中球集積を抑える。

10図 2：炎症性樹状細胞のCD300bはフィトスフィンゴシンに結合してNOを産生する（A）
CD300bの細胞外領域はフィトスフィンゴシンに結合する。
（B）
炎症性樹状細胞のCD300bは（ザイモサンに含まれる）
フィ
トスフィンゴシンに結合してNOを産生する。

真菌成分脂質を認識する免疫受容体 CD300b
われわれはペア型免疫受容体 CD300の機能解析を長年行ってきました。CD300は細胞外領域に相同性の高い一つの免疫グロブリン様ドメインをもち、活性化型と抑制型の受容体に分けられます。われわれは、抑制型受容体であるCD300fのリガンドとして脂質のセラミドを同定し、セラミドとCD300fの結合が IgEと抗原によるマスト細胞の活性化を抑制してアレルギー反応を抑えることを明らかにしました。他方、CD300bはDAP12と会合する活性化型受容体ですが、生理的な役割は十分に解明されていませんでした。われわれは、CD300b 欠損マウスでは酵母細胞壁抽出物であるザイモサンに対する応答、特に局所への好中球集積が低下することを偶然見出しました。これまでの研究
からCD300は特定の脂質を認識する受容体であると想定されたので、CD300bはザイモサンに含まれる何らかの脂質を認識して炎症を制御すると仮説を立て、その立証を試みました。
マウスの背部空気嚢に種々のTLRアゴニストを投与しても野生型および CD300b 欠損マウスの応答に有意な差は認められませんでしたが、CD300b 欠損マウスではザイモサンを投与したときだけ局所のNO 産生量の低下とともに好中球集積の減少が認められました。NO 産生細胞としてCD300bを発現する炎症性樹状細胞が同定され、クロド
ロネートリポソームの投与により炎症性樹状細胞が除去されると野生型マウスの局所におけるNO 産生と好中球集積が減少しました。他方、ザイモサンに含まれる脂質に着目した結合およびレポーターアッセイから、CD300bのリガンド候補としてフィトスフィンゴシンが同定されました。重要なことに、フィトスフィンゴシンはCD300bに作用して炎症性樹状細胞のNO 産生や局所への好中球集積を誘導することが確認されました。したがって、炎症性樹状細胞のCD300bは酵母に含まれる脂質フィトスフィンゴシンを認識してNOを産生して好中球集積を促進することが明らかになりました。さらに、ザイモサン誘発関節炎モデルにおいても同様の機序で、CD300b が局所に好中球を集積させることが確認されました。これらの結果は、炎症性樹状細胞に発現するCD300b が真菌認識受容体のひとつとして重要な働きをする可能性を示唆しました。
真菌感染における局所への好中球集積は速やかな真菌排除に有益であると考えられます。したがって、CD300bを活性化する薬剤は真菌感染防御に有効である可能性があります。従来の抗真菌薬とは作用機序が異なるので併用療法も期待されます。一方、持続的な好中球集積は炎症を遷延化させるかもしれません。CD300bに依存する慢
性炎症に対してはCD300bの機能を阻害する薬剤が有効かもしれません。いずれにせよ、CD300bの活性化に依存する病態を明確にした上で、CD300bを標的とする治療法開発が期待されます。

アレルギー・炎症の制御を目指す順天堂大学大学院 医学研究科 アトピー疾患研究センター
順天堂大学大学院 医学研究科 アトピー疾患研究センターはアレルギー疾患の克服を目標に掲げて設立されました。自由な発想のもとに遺伝子・分子・細胞・組織・生体レベルで研究を展開して、さまざまなアレルギー・炎症性疾患の病態解明と治療法開発を目指しています。
ペア型免疫受容体 CD300の機能解析はそのひとつであり、アレルギー・炎症を正と負に制御するメカニズムを解明しています。当センターにはアレルギー・炎症制御学講座が併設されており、意欲的な大学院生を募集しています。いつでも気軽にご連絡ください。

111月22日号

Research Article

Science Signaling 22 Jan 2019: Vol. 12, Issue 565, eaan8680
DOI: 10.1126/scisignal.aan8680

転写抑制因子 RESTは髄芽腫のマウスモデルにおいて、座位で系列・分化段階特異的なクロマチン凝縮を引き起こし、AKT 活性化を促進する
7UDQVFULSWLRQDOUHSUHVVRU5(67GULYHVOLQHDJHVWDJH±VSHFLILFFKURPDWLQFRPSDFWLRQDWPtch1 andincreases AKT activation in a mouse model of medulloblastoma
Tara H. W. Dobson Rong-Hua Tao Jyothishmathi Swaminathan Shavali Shaik Javiera Bravo-Alegria Ajay Sharma Bridget
Kennis Yanwen Yang Keri Callegari Amanda R. Haltom Pete Taylor Soumen Khatua et al.
Department of Pediatrics, University of Texas, MD Anderson Cancer Center
全著者リスト：https://stke.sciencemag.org/content/12/565/eaan8680.full

前川 真治 Shinji Maegawa
Instructor, Department of Pediatrics, University of Texas, MD Anderson Cancer Center

Vidya Gopalakrishnan
Associate Professor, Department of Pediatrics, University of Texas, MD Anderson Cancer
Center

左から前川 真治、Vidya Gopalakrishnan

Contact

前川 真治 E-mail：smaegawa@mdanderson.org
所在地：1515 Holcombe Blvd. Houston, TX 77030, USA

Abstract
髄芽腫では、ソニックヘッジホッグ（SHH）
シグナル伝達経路の活性化を伴うSHH 型腫瘍、なかでもSHH-αサブグループ（3〜16 歳の小児）とSHH-βサブグループ（乳幼児）の腫瘍において、転写抑制因子 REST（RE1-silencing transcription
factor）の活性化が認められる。SHH-β 腫瘍のニューロンの成熟度はSHH-α 腫瘍よりも高いが、いずれの患者も全生存率+/においてが条件的には低い。われわれは、分化系列決定がされたPtch1 小脳顆粒ニューロン前駆体（CGNP）
調節する
導入遺伝子を発現させることにより、腫瘍増殖が亢進し、浸透度と浸潤性が増加したトランスジェニックマウ
TGを用いて、RESTの髄芽腫への寄与を検討した。このモデルにより、の転写抑制因子 RESTと活スモデル（REST ）
性化因子 GLI1の間に働く、ニューロンの成熟段階特異的な拮抗性相互作用が明らかとなった。βアレスチン1（GLI1 阻害TG
因子）をコードするの発現は、増殖性 REST 細胞では野生型増殖性 CGNPよりも大幅に低下しており、分化系列
TG
決定済みのREST 細胞でも比較的差は小さいものの野生型増殖性 CGNPよりも低下していた。分化系列決定済みのTG座位におけるGLI1 活性の低下とヒストンH3K9のメチル化の増加も認められ、これらはのREST 細胞では、
TG
早期サイレンシングに関連した。また、分化系列決定済みのREST 細胞では、キナーゼAKTの負の制御因子をコードするの 発現も減少し て い た。SHH-β 髄芽腫患者で はSHH-α 髄芽腫患者に 比べとの 発現は 低く、の発現はやや高かったが、の発現は両サブタイプにおいて他のサブタイプの患者より同程度に低下していた。REST 高発現を呈する培養髄芽腫細胞では、ヒストン修飾因子を阻害すると増殖が低下し、AKTを阻害するとアポトーシスが誘導された。RESTを髄芽腫組織における分化特異的クロマチンリモデリング、
サイレンシング、AKT 活性化に関連づけた今回の知見は、髄芽腫患者のサブグループに特異的な治療標的候補を明らかにするものである。
Figure and Note
図 1：カプラン・マイヤー法による生存率曲線
野生型（n=45）、RESTTG（n=23）、Ptch+/−（n=31）および Ptch+/− /RESTTG（n=13）
マウスの生存率を示す。
** p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001.

12図 2：HDAC 阻害剤・G9a 阻害剤処理の細胞増殖に及ぼす影響
SHH 型腫瘍細胞株 DAOYおよび UW228 細胞株をHDAC 阻害剤 MS275または/および G9a 阻害剤 UNC0638で処理した48 時間後の細胞増殖率を示す。
ns; 非有意、*p<0.05, ** p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001.

モデルマウスを用いたSHH 型髄芽腫の治療標的の同定
髄芽腫は主に小児の小脳に発生する悪性脳腫瘍です。これまでに分子的・臨床的特徴に基づき4 つのサブグループに分類されており、サブグループ特異的な治療法の確立が求められています。転写抑制因子 RESTは神経幹細胞や神経前駆細胞において自己複製の維持に関与する蛋白質で、神経分化に伴い発現が低下することが知られ、ヒストン
脱アセチル化酵素（HDAC）、ヒストンメチル化酵素（G9a）などのヒストン修飾因子やメチル化 DNA 結合蛋白質と協調し神経分化に関与する遺伝子の発現をエピジェネティックに制御しています。われわれはSHHサブグループの予後不良の腫瘍でRESTの発現が有意に高いことを見出しました。そこで、SHH 型腫瘍発生におけるRESTの役割を詳細に検討すべく、ヒトRESTを条件的に過剰発現するモデルマウスの作成に着手しました。
作成したRESTTG マウス単独では腫瘍の発生を確認できませんでしたが、既存のSHH 型髄芽腫モデルマウス
ヘ+/−テロノックアウトマウス（Ptch ）と掛け合わることにより腫瘍を発生し、有意に短い生存期間を示しました
（図 1）
。この
Ptch +/−/REST TG マウスに発生した腫瘍は軟髄膜への高い播種・浸潤性を呈し腫瘍細胞の増殖が誘導されました。また、REST 高発現の患者腫瘍を移植したマウスモデルおよび SHH 型腫瘍由来ヒトDAOY 細胞株にRESTを遺伝子導入した細胞を移植したマウスモデルにおいても同様の病態を観察しました。野生型またはREST TG マウスより樹立した
CGNPと、それらを分化誘導したCGNPを用いてRESTの機能解析を行ったところ、RESTの過剰発現によりエピジェネ
ティックな変化を伴いクロマチン構造の凝縮が誘導され、REST TG にて発現が増加したSHH 下流標的遺伝子であるとが、分化誘導細胞では発現が著しく低下していることを認めました。
プロモーター領域におけるPtch1 活性化因子 Gli1の活性は低下し、Gli1 阻害因子であるは分化誘導により増加するものの、REST 依存的に発現が低下していました。また、RESTの高発現によりがん抑制遺伝子の発現が低下し、AKTの過剰活性化が生じていました。さらに、ヒト髄芽腫細胞株をHDAC 阻害剤やG9a 阻害剤で処理すると細胞増殖が低下し（図 2）、
AKT 阻害剤処理によりアポトーシスを誘導することが可能でした。これらの結果はSHH 型腫瘍の治療の可能性を示唆するものです。
本研究によりRESTの過剰発現が髄芽腫の悪性化に関与する機序の一端が明らかとなり、同定した幾つかの治療標的に対し培養細胞において薬剤の効果を示しました。今後、さらなる髄芽腫発症メカニズムの解明に挑み、SHH 型腫
瘍への臨床応用を見据えた研究を行いたいと考えています。また、RESTは虚血性脳卒中、自閉症、アルツハイマー病や老化にも関与することが報告されています。将来的にこれら疾患の発症メカニズムや老化への関与にも着目し研究を行う予定でいます。

Making Cancer History
テキサス州ヒューストンに位置するテキサス大学 MDアンダーソンがんセンターは、1941 年に設立された州立がん病院を礎とする施設
で、世界最大級の医療コンプレックスであるテキサスメディカルセン
ターの中核をなす機関として知られています。がん撲滅をスローガンに、治療、教育、予防を含む包括的ながん患者医療サービスを提供
すると同時に、多くのトランスレーショナルリサーチや挑戦的・先進的な基礎研究も活発に行われています。
写真：MD Anderson Cancer Center 提供

13

2月5日号

Research Article

Science Signaling 05 Feb 2019: Vol. 12, Issue 567, eaav4373
DOI: 10.1126/scisignal.aav4373

アダプタータンパク質 CIN85による
T 細胞の活性化および機能の抑制
Inhibition of T cell activation and function by the adaptor protein CIN85
川島 祐介 1,2 佐久間 待恵 3 横須賀 忠 3,† 米谷 耕平 4,‡ 大西 玲子 3,§ Nick Carpino5 小原 收 1,2 黒崎 知博 4,6 Kia Kien Phua7
1

6

2

7

理化学研究所 生命医科学研究センター 統合ゲノミクス研究チーム
かずさDNA 研究所 技術開発部門
3
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム
4
理化学研究所 生命医科学研究センター 分化制御研究チーム
5
Department of Molecular Genetics and Microbiology, Stony Brook University

大阪大学フロンティア免疫センター 分化制御研究室
Institute for Research in Molecular Medicine, Universiti Sains Malaysia
現 東京医科大学 免疫学分野‡
現 京都大学 iPS 細胞研究所 未来生命科学開拓部門§
現 サノフィ株式会社 研究開発部門†

齊藤 隆 Takashi Saito
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム チームリーダー
大阪大学 免疫学フロンティア研究センター（IFReC）
免疫シグナル 招へい教授

多根 彰子 Akiko Hashimoto-Tane
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム 上級研究員

Mei Suen Kong
理化学研究所 生命医科学研究センター 免疫シグナル研究チーム
Institute for Research in Molecular Medicine, Main Campus, Universiti Sains Malaysia（現 Microbiota Host Interactions, Nutrigenomics & Metabolism Laboratory,
Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University）

上左からMei Suen Kong、多根 彰子、齊藤 隆Contact

齊藤 隆 E-mail：takashi.saito@riken.jp
所在地：230-0045 神奈川県横浜市鶴見区末広町 1-7-22
U R L：https://www.riken.jp/research/labs/ims/cell_signal/index.html

Abstract
T 細胞の活性化は、T 細胞受容体（TCR）の下流のアダプター分子などで形成されるシグナル複合体を介したシグナル伝達から始まる。CIN85（85kDaのCbl 相互作用タンパク質）は、そのようなアダプタータンパク質のひとつである。本稿で私たちは、TCR 刺激に対するT 細胞応答をCIN85 が抑制することを明らかにした。活性化された野生型（WT）T 細胞と比べ
CIN85を欠損したT 細胞は、より多くのIL-2を産生し、高い細胞増殖を示した。抗原で野生型 T 細胞を刺激すると、CIN85
はTCRシグナル伝達複合体に動員された。CIN85 欠損 T 細胞では、ζ鎖会合プロテインキナーゼ70（Zap70）、76 kDaのSrcホモロジー （2 SH2）
ドメイン含有白血球タンパク質（SLP76）、および細胞外シグナル制御キナーゼ（Erk）のリン酸化など
初期のTCRシグナル伝達のイベントが亢進していた。CIN85の抑制性機能には、アダプターのSH3および PR 領域が必要であり、この領域と、TCR 刺激後に脱リン酸化酵素 Sts-2 が会合することが判明した。まとめると、私たちの解析結果は、
CIN85は、T 細胞活性化に伴って、TCRシグナル伝達複合体ミクロクラスターに動員され、Sts-2を動員してその会合を通じてT 細胞活性化の抑制を行っていることを示唆している。
Figure and Note
図 1：CIN85 欠損 T 細胞では活性化シグナルと機能が亢進
CIN85 欠損
（黒）
と正常
（白）
T 細胞をTCR 刺激した際のサイトカインIL-2の産
生能（上図）、および TCR 下流シグナル分子のリン酸化（下図）を示す。CIN85
欠損 T 細胞は、サイトカイン産生や増殖も亢進し、Zap70より下流シグナル分子のリン酸化が亢進したことから、CIN85はT 細胞活性化を負に制御している。

14

図 2：CIN85アダプタータンパク質を介したT 細胞活性化の抑制
CIN85は、T 細胞活性化に伴ってTCRミクロクラスター（黄色）に集積し、脱リン酸化酵素 Sts-2およびユビチンリガーゼ Cblをリクルートして、T 細胞活性化を抑制する。

CIN85-STS2を介するT 細胞活性化の新たな抑制制御系の発見
T 細胞は、生体防御を司る免疫システムの中心的な役割を担っています。T 細胞は病原体や花粉など抗原を抗原
受容体（TCR）
によって認識して、活性化します。活性化 T 細胞は、増殖すると共に、種々のサイトカインを産生する
エフェクター T 細胞に分化して、生体防御反応を司ります。T 細胞活性化はTCRによる抗原認識シグナルによって誘導され、その強さと質によって増殖や細胞分化の方向などの運命決定がなされます。活性化にともなって、TCR複合体にアダプターやエフェクター分子が会合したシグナル複合体（ミクロクラスター）が形成されて活性化シグナルを伝え、その時空間的な制御によって正に負に制御されます。特にアダプター分子は、このような正と負のシグナルの分岐点を形成して制御しています。
CIN85は多くの細胞に発現する、N 末から3 つのSH3 領域、プロリンリッチ（PR）領域、セリンリッチ領域、そしてダイマー形成に重要なコイルドコイル領域からなるアダプター分子です。CIN85の機能は、非免疫細胞では細胞表面受容体の細胞内への取り込み・分解を誘導する役割を担い、受容体シグナルを負に制御することが報告されてきたのに対し、免疫系 B 細胞ではB 細胞受容体からのNF-κB 活性化へのシグナルを正に制御することが示されました。一
方、CIN85とファミリーを形成するアダプター CD2APは、T 細胞でTCR 複合体の細胞内取り込み・分解に関与し、活性化を負に調節するとも報告されました。そこで、私たちは今回、T 細胞活性化におけるCIN85、CD2APの機能を解明するために、T 細胞特異的な欠損マウスを作製して解析を行いました。
CIN85 欠損 T 細胞を抗原 /MHCまたは抗 TCR 抗体で刺激すると、サイトカインIL-2 産生もT 細胞の増殖も亢進し、
CIN85 が T 細胞活性化を負に制御していることが示唆されます。TCR 下流シグナル分子の活性化を調べると、
ZAP-70, SLP-76, PLCγ、Erkなどのリン酸化が軒並み上昇していたが、CD3ζ、Lckのリン酸化は亢進しないことからZAP-70 下流の活性化が抑制されていました。CIN85の種々の領域の欠損分子を用いて、この抑制活性には
CIN85のSH3とPR 領域が重要であることがわかり、PR 領域に会合する分子をマス解析して下流分子を同定しまし
た。CIN85 結合分子として既知のCbl、CapZ、CD2APの他に脱リン酸化酵素 Sts-2を同定しました。Sts-2はT 細胞活性化に依存してCIN85と特異的に会合します。TCRシグナルクラスターのイメージング解析より、CIN85はCblと共にSts-2をミクロクラスターにリクルートして、活性化を抑制していることが判明しました。B 細胞とCIN85はSts-2を引き寄せてT 細胞活性化を抑制する、負の制御シグナルを誘導することが判明しました。この新たなCIN85-Sts-2
機軸を標的に免疫賦活のための新規分子の開発に繋がる可能性もあります。

理化学研究所・生命医科学研究センター・
免疫シグナル研究チーム
私たちは、免疫制御の中心的な担い手であるT 細胞について、抗原認識、活性化シグナル伝達、
エフェクター細胞機能分化などを解析しています。こうした免疫システムの制御機構を解明して、感染や腫瘍に対抗でき、アレルギーや自己免疫疾患を制御できる技術の開発を目指しています。
外敵を認識したT 細胞受容体が、ミクロクラスターを形成して細胞活性化に至るシグナル伝達について、生化学的解析と共に、イメージング技術を用いて単一細胞の中で起こる時空間的な制御のダイナミズムを解析しています。

15

2月19日号

Research Article

Science Signaling 19 Feb 2019: Vol. 12, Issue 569, eaar2124
DOI: 10.1126/scisignal.aar2124

グルタチオン - 転移酵素は脳炎症時に炎症誘発性のアストロサイト‐ミクログリア間連絡を促進する
Glutathione S-transferases promote proinflammatory astrocyte-microglia communication during brain
inflammation

加野 真一 Shin-ichi Kano
Assistant Professor, Department of Psychiatry and Behavioral Sciences,
Johns Hopkins University School of Medicine（現 Associate Professor, Department of Psychiatry and Behavioral Neurobiology,
The University of Alabama at Birmingham School of Medicine）

澤 明 Akira Sawa
M.D., Johns Hopkins Medicine
全著者リスト：https://stke.sciencemag.org/content/12/569/eaar2124.full

左から加野 真一、澤 明

Contact

加野 真一 E-mail：skano@uab.edu
所在地：1720 2nd Ave South, SC 729, Birmingham, AL 35233, USA
U R L：www.skano-lab.org

Abstract

Figure and Note

アストロサイトとミクログリアは脳の炎症に重要な役割を果たす。今回われわれは、グルタチオン - 転移酵素（GST）、とくにGSTM1
が、脳炎症時に、アストロサイトにおける炎症性シグナル伝達を促
進し、アストロサイトを介するミクログリア活性化に寄与することを報告する。In vivoでは、前頭前野のGSTM1のアストロサイト特異的ノックダウンによって、リポ多糖（LPS）の全身注射により誘発した脳炎症におけるミクログリア活性化が減弱した。アストロサイトのGSTM1のノックダウンによって、ミクログリアと共培養した際の、ミクログリアによる炎症性サイトカイン腫瘍壊死因子 -α（TNF-α）のLPS 誘発性産生も減弱した。アストロサイトにおいてGSTM1は、転写因子 NF-κBの活性化と、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM-CSF）やC-Cモチーフケモカインリガンド2（CCL2）（いずれもミクログリア活性化を増強する）などの炎症性メディエー
ターの産生に必要であった。われわれの研究から、GSTは脳炎
症時に、アストロサイトを刺激し、アストロサイト‐ミクログリアの正のフィードバックループによりミクログリア活性化を増強する、炎症誘発性の役割を果たすことが示唆される。

16

図：GSTM1によるアストロサイトーミクログリアの炎症応答の制御
GSTM1はアストロサイトに選択的に発現し、活性化ミクログリアからのTNF-Į 刺激に応じてアストロサイトのNF-țB 活性を増強する。
NF-țBの活性化は、CCL2やCSF2の産生を介して、ミクログリ
アのさらなる活性化を引き起こす。

アストロサイトによるミクログリア活性化増強メカニズム
脳の炎症反応は、感染、外傷、自己免疫疾患、神経変性などの様々な原因によって惹起されます。こうした反応は
本来脳の恒常性を保つための反応と考えられますが、程度の激しい症状や慢性化した炎症は、結果として神経細胞が機能変容や細胞死を引き起こし、脳に不可逆的な変化をもたらすことが知られています。したがって、脳の炎症
反応のメカニズムを理解しその制御方法を開発することは、多くの脳神経疾患の治療に役立つと期待されています。
脳の炎症反応においては、実質に存在するミクログリアが重要な役割を果たすと考えられていますが、ミクログリアは
他の多くの細胞、特にアストロサイトの活性化を修飾することで、神経の機能変容や細胞死に関わることがわかってきました。一方、アストロサイトがミクログリアの機能にどのような影響を与えるのかについては十分に理解が進んでいませんでした。
本研究では、アストロサイトに選択的に発現する分子であるグルタチオン - 転移酵素 GSTM1ならびにGSTT2に注目し、その発現を低下させたところ、リポ多糖全身投与による脳炎症反応においてミクログリアの活性化が低下することを発見しました（図）。GSTM1の発現が低下したアストロサイトでは、ミクログリア由来の炎症性サイトカインに対する
NF-κBの活性化が減弱し、ミクログリアの活性化を増強するケモカイン・サイトカインの発現が損なわれていました。
すなわち、GSTの機能低下により、アストロサイトを介したミクログリアの活性化増強メカニズムが失われることが明らかになりました。
本研究で新たなアストロサイト活性化因子として明らかになったGST 分子は、その遺伝子の欠損が多くの神経疾患で報告されています。特に、アルツハイマー病などの神経変性疾患において、GST 分子の機能変化が病態の進行と関係するのではないかと考えられています。したがって、GST 分子の機能変化によるミクログリアの活性低下がこうした神経疾患の病理にどのような影響を与えるのか、今後の研究の展開が期待されるところです。

脳の免疫学と疾患の統合的理解を目指して神経疾患における炎症の関与は古くから知られていますが、「脳を守る」免疫学として体系化されてきたのは最近のことです。現在では、さらに「脳を育てる」免疫学として、生理的な状況での免疫系と脳の相互作用が研究されるようになり、免疫系が脳の発達や機能維持に果たす役割が解明されつつあります。アラバマ大学バーミンガム校
（UAB）
の加野研究
室では、脳の免疫学の統合的理解を通して、神経疾患や精神疾患の病態を解明し治療につなげることを目指しています。

17

2月26日号

Research Article

Science Signaling 26 Feb 2019: Vol. 12, Issue 570, eaau8544
DOI: 10.1126/scisignal.aau8544

慢性的TGF-β曝露はEMT安定化、腫瘍幹細胞性、抗がん剤耐性を促進し、バイトピックなmTOR阻害に対して脆弱性を示す&KURQLF7*)ȕH[SRVXUHGULYHVVWDELOL]HG(07WXPRUVWHPQHVVDQGFDQFHUGUXJUHVLVWDQFHZLWK
vulnerability to bitopic mTOR inhibition
Dominique Stephan Meyer

1

Ziyang Zhang

22

Kevan M. Shokat

1,3,4

Rosemary J. Akhurst

1

Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California at San Francisco
Department of Cellular and Molecular Pharmacology and Howard Hughes Medical Institute, University of California at San Francisco
Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, University of California at San Francisco
4Department of Anatomy, University of California at San Francisco
2
3

勝野 蓉子 Yoko Katsuno
Postdoctoral fellow, Department of Cell and Tissue Biology,
University of California at San Francisco
Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research,
University of California at San Francisco
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 助教

宮園 浩平 Kohei Miyazono
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 教授

Rik Derynck
上左から勝野 蓉子、宮園 浩平、
Rik Derynck

Contact

Professor, Department of Cell and Tissue Biology, University of California at San Francisco
Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research,
University of California at San Francisco
Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California at San Francisco
Professor, Department of Anatomy, University of California at San Francisco

勝野 蓉子 E-mail：katsuno@m.u-tokyo.ac.jp
所在地：113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1 東大本郷キャンパス 医学部教育研究棟 11 階
U R L：http://beta-lab.umin.ac.jp
宮園 浩平 E-mail：miyazono@m.u-tokyo.ac.jp

Abstract
腫瘍は間質微小環境内のがん幹細胞（CSC）とそれらの不均質な子孫の細胞から成る。トランスフォーミング増殖因子 -β（TGF-β）に反応して、上皮細胞とがん細胞は部分的または完全な上皮間葉転換（EMT）を起こし、これががん進行の一因となる。TGF-βの除去により細胞は上皮表現型に復帰するため、この過程は可逆的だと考えられている。しかしわれわ
れは、短期曝露により誘導される可逆性 EMTとは対照的に、in vivoでのがんの状態を模倣した長期 TGF-β 曝露により、乳腺上皮および乳がん細胞において、EMT が安定化されることを見出した。安定化 EMTは、幹細胞の産生と抗がん剤耐性の増強を伴った。さらに、長期 TGF-β 曝露により、哺乳類ラパマイシン標的タンパク質（mTOR）
シグナル伝達が増強された。バイトピックな（bitopic）
mTOR 阻害剤により、CSC 発生、足場非依存性、細胞生存、抗がん剤耐性が抑えられ、マウスにおける腫瘍形成が効率的に阻害された。これらの結果は、mTOR が乳がん細胞の幹細胞性の安定化と薬剤耐性に果たす役割と、CSCを標的とする治療戦略としてのmTOR 阻害の重要性を明らかにしている。
Figure and Note18

図 1：長期間のTGF-ȕ 刺激によるEMTの安定化

図 2：新規 mTOR 阻害剤による腫瘍形成の抑制

短期間のTGF-ȕ 刺激により可逆的 EMTが誘導され、TGF-ȕ 除去により細胞は上皮系形質に戻った。一方長期間のTGF-ȕ 刺激によりEMTが安定化され、TGF-ȕ 除去後も細胞は間葉系形質を保った。

TGF-ȕで長期刺激を行い安定化 EMTを起こした乳がん細胞を乳腺に移植したマウスに、新規 mTOR 阻害剤（RapaLink-1）を投与することにより、腫瘍の形成が抑制された。

がんの進行におけるTGF-βとEMT の新たな役割
上皮細胞が細胞接着能を失い間葉系の性質を得るプロセスであるEMTはがん細胞の分化の可塑性に深く関わり、がん細胞の運動・浸潤を亢進させ、がん幹細胞の産生や抗がん剤耐性の獲得を促すことでがんの進行に重要な役割を持ちます。TGF-βは強力なEMT 誘導因子であり、多くのがんで産生が亢進しており、TGF-βシグナルは、がんの微小環境からのシグナルの中でも特に重要な役割を持つと考えられます。TGF-βは、Smadを介した転写制御とSmadを介さないnon-Smad 経路を活性化させてEMTを制御します。EMTは可逆的なプロセスであり、TGF-βによって誘導されたEMTは、細胞培養条件下ではTGF-βを除去することにより間葉系の性質が上皮系の性質に戻ることが知られています。しかし、TGF-βの産生が亢進している腫瘍においては、がん細胞は長期間継続的にTGF-βの刺激を受け続けていると考えられます。そこで、私たちは、細胞培養条件下で通常行われている短期間のTGF-β
刺激による可逆的 EMTと比較して、長期間の継続的なTGF-β 刺激によりEMTの性質やがんの進行における役割が変化するのかを解析しました。
短期間のTGF-β 刺激によって可逆的なEMT が誘導されるのと対照的に、長期間のTGF-β 刺激により乳がん細胞の間葉系の形質が安定化され、EMTの安定化に伴い幹細胞様特性と抗がん剤耐性が強く亢進しました。可逆的
EMT ががんの転移を強く亢進させる一方、安定化 EMTは転移には大きな影響を与えず、腫瘍の潜伏や持続を促進する可能性が明らかになりました。このことから、可逆的 EMTと安定化 EMTは、がんの進行において異なった役割を持つことが示唆されました。さらに、乳がん細胞を長期間 TGF-β 刺激することによりmTORC1とmTORC2のシグナルが活性化されました。安定化 EMTに伴う幹細胞特性と抗がん剤耐性の亢進は、Smadシグナルの阻害によっては抑制されず、新規 mTOR 阻害剤により効果的に抑制されました。さらに、新規 mTOR 阻害剤の投与により、
TGF-βで長期間刺激された乳がん細胞によるマウスでの腫瘍形成が抑制されました。
これらの結果は、腫瘍微小環境からのシグナルによってがん細胞の可塑性が多様に変化することを明らかにしました。特に、長期間のTGF-β 刺激によって可逆的 EMT から安定化 EMT へと細胞の形質と可塑性が変化することを明らかにし、TGF-βに誘導されるEMTのがんの進行における新たな役割を明らかにするものです。さらに、安定化
EMTに伴う幹細胞特性と抗がん剤耐性の亢進におけるmTORシグナルの重要性を明らかにし、mTORシグナル
抑制の、乳がん幹細胞を標的とする治療戦略としての有用性を示唆する重要な研究成果であると言えます。

サンフランシスコでの研究生活
この研究は、勝野蓉子が UCSF
（カリフォルニア大学 サンフランシスコ校）に滞在中にDerynck 教授の下で始め、帰国後に東京大学とUCSFとの国際共同研究として継続・発展してきたものです。医学系に特化し、世界屈指の研究機関であるUCSFには多様なバックグラウンドと経験を持つ人材が集まり、協力的な文化の中で活発に共同研究が行われており、UCSF 滞在中はその文化に大変助けられました。Derynck 教授とは現在もTGF-ȕとEMTに関する共同研究を続けています。

19

4月9日号

Research Article

Science Signaling 09 Apr 2019: Vol. 12, Issue 576, eaav2060
DOI: 10.1126/scisignal.aav2060

IL-3 刺激を受けたマウス好塩基球のIL-4 産生におけるSTIM1ではなくSTIM2の中心的役割
3LYRWDOUROHRI67,0EXWQRW67,0LQ,/SURGXFWLRQE\,/VWLPXODWHGPXULQHEDVRSKLOV
大洞 将嗣 1 橋本 良太 2 長尾 峻久 3 Louis Peters3,4 江川 真由美 3 太田 卓哉 3 三宅 健介 3 安達 貴弘 5 河野 洋平 3
山西 吉典 3 烏山 一 3
1

4

2

5

順天堂大学 医学部 生化学第一講座
順天堂大学 医学部 生理学第二講座
3
東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 免疫アレルギー学分野

Faculty of Medicine, Imperial College London
東京医科歯科大学 難治疾患研究所 難治病態研究部門 免疫疾患分野

吉川 宗一郎 Soichiro Yoshikawa
東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 免疫アレルギー学分野 助教（現 岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 細胞生理学分野 助教）

Contact

E-mail：yoshisou@okayama-u.ac.jp
所在地：700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町 2-5-1
U R L：https://okayama-u-physiol1.jp/

Abstract
好塩基球は、さまざまな免疫応答において重要な役割を担っているが、これらの応答の多くは細胞内へのCa2+ 流入を伴う
好塩基球の活性化を必要とするものが多い。今回われわれは、間質相互作用分子 1および 2（STIM1 および STIM2）
という2 つのCa2+ センサーが、好塩基球活性化に果たす役割を検討した。STIM1 が欠損すると、免疫グロブリンE（IgE）含有
免疫複合体による刺激後の好塩基球のIL-4 産生が低下するが、STIM2の欠損ではそのような低下はみられないことがわかった。一方、好塩基球をIL-3で刺激した場合には、STIM2の欠損により好塩基球のIL-4 産生が低下し、STIM1の欠損ではそのような低下は認められなかった。STIMタンパク質のこの違いは、各刺激によって引き起こされるCa2+ 流入および Il4 遺伝子転写の時間経過の違いと関連していた。同様に、in vivoのIgE 誘導型慢性アレルギー性炎症には好塩基
球特異的なSTIM1 発現が必要であった一方、マウスにIL-3とIL-33を併用投与後のIL-4 産生にはSTIM2 が必要であった。これらのデータは、STIM1とSTIM2 が IL-4 産生において刺激に依存した異なる役割を果たすことを示している。さらに、これらの結果は、STIM1より重要性が低いと考えられる場合が多いSTIM2 が、好塩基球においてきわめて重要な役割を果たすことを明らかにしている。

Figure and Note
図：好塩基球におけるシグナルに応じたSTIM 分子の使い分け
好塩基球における、刺激に応じたSTIM 分子の使い分けの模式図を示す。IgEとアレルゲンからなる複合体による刺激（左図）
ではSTIM1が主に活性化し、刺激後すぐにストア作動性カルシウム流入が引き起こされる。一方、IL-3 刺激（右図）
においては主にSTIM2が活性化することで細胞外からのカルシウム流入が生じるが、その流入量はSTIM1によって起こるカルシウム流入より少なく、また流入し始める時間も非常に遅い。

20これまでよくわかっていなかったSTIM2 の役割を発見
アレルギーに関与することが知られている好塩基球は、アレルゲンなどに反応することで活性化し、様々な炎症性メ
ディエーターやアレルギー誘導因子を放出します。これらの物質が皮膚や粘膜、呼吸器などに作用することで、かゆ
みやくしゃみ、喘息のような、各種アレルギー症状が現れるようになります。この活性化には、好塩基球の細胞質内へカルシウムが流入する必要があるのですが、この流入にどのような分子が関わっているのかは長らく不明であり、抗アレルギー薬開発のためにもメカニズムの解明が必要とされていました。
他の免疫細胞のカルシウム流入には、STIM1という分子が深く関わっていることが知られていました。一方で、同じ分子ファミリーであるSTIM2は、STIM1と構造的に似ているにもかかわらず、欠損していてもカルシウム流入が正常に起こるという報告や、むしろカルシウム流入を阻害しているという報告もあり、未だ機能がはっきりとしていませんでした。
本研究では、好塩基球特異的にSTIM1またはSTIM2を欠損するマウスをわれわれが独自に作製し、好塩基球におけるカルシウム流入に関わる分子の解明を行いました。その結果、好塩基球は刺激の種類に応じてSTIM1または
STIM2の分子を使い分けており、これにより、カルシウム流入を引き起こしていることがわかりました。すなわち、アレ
ルゲンとIgEで刺激したときはSTIM1 が主体となって好塩基球のカルシウム流入に関わる一方で、IL-3やIL-33と呼ばれる炎症性サイトカインの一種で好塩基球を刺激した場合にはSTIM1よりもむしろSTIM2 がカルシウム流入に必須であることが判明しました（図）。さらに、このSTIM1は刺激直後に一過性に起こる多量のカルシウム流入に強く関
わり、STIM2は刺激して6 時間以上後に起こるカルシウムイオンの流入に関与していることを発見しました。このカル
シウム流入が引き金となり、アレルギー発症に深く関わるIL-4の産生が好塩基球から誘導されることもわかりました。
本研究成果により、好塩基球のカルシウム流入にはSTIM1、STIM2の両方が関わることが明らかになり、活性化の長さによってSTIM1もしくはSTIM2 が使い分けられていることもわかりました。好塩基球のSTIM1やSTIM2を阻害する薬剤が開発できれば、効果的にアレルギーを抑制させることができると考えられるため、この分子をターゲットとした抗アレルギー薬の開発が進むと期待されます。

異分野との出会い
本研究を含め、好塩基球・B 細胞関連研究を東京医科歯科大学 免疫アレルギー学分野の烏山一教授（現 特別栄誉教授）のご指導のもと、15 年間行ってまいりました。2019 年春からは、その知識と経験を生かし、岡山大学大学院 医学部細胞生理学（神谷厚範教授）
にて、神経と免疫の相互関係を解明する研究を始めました。当研究室は、神経、がん、脳神経の専門家と多種多様な人材が揃っており、各専門家がさまざまな視点でディスカッションをしてくれるので、研究が大いに広がってとても楽しい研究環境になっており、次々と新しい発見が生まれております。今までにない神経免疫研究を進めてまいりますので、興味のある学生の方はぜひご連絡ください。

21

Research Article

4月9日号

Science Signaling 09 Apr 2019: Vol. 12, Issue 576, eaaw4847
DOI: 10.1126/scisignal.aaw4847

TRPM7チャネルにより媒介される成長板軟骨細胞における自発的 Ca2+ 振動は骨発生を促進する
2+7530FKDQQHOVPHGLDWHVSRQWDQHRXV&D fluctuations in growth plate chondrocytes that promotebone development
1

2

1

武井 大祐 坂口 怜子 木谷 晃広 永岡 諒平
1
1,5
5
1
柿澤 昌 西 美幸
森 泰生 竹島 浩

1

1

4

2

5

京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野
京都大学 物質 細胞統合システム拠点
3
京都大学 ウイルス・再生医科学研究所 マウス作製支援チーム

富澤 雅人

1

宮崎 侑

1

宮地 均

3

沼田 朋大

4,5

福岡大学 医学部 生理学教室
京都大学大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 分子生物化学分野

市村 敦彦 Atsuhiko Ichimura
京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野 助教
京阪神次世代グローバル研究リーダー育成コンソーシアム

銭 年超 Nianchao Qian
京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野 特定研究員
市村 敦彦 E-mail：ichimura.atsuhiko.2r@kyoto-u.ac.jp
所在地：606-8501 京都府京都市左京区吉田下阿達町 46-29
U R L：https://ats-ichimura.jp

Contact
左から市村 敦彦、銭 年超Abstract
長骨の軟骨内骨化時、増殖し分化した軟骨細胞は層状構造を成す骨端成長板を形成する。成長板軟骨細胞は軟骨マト
リックスを分泌し、続いてそれが海綿骨に変換される。Ca2+ シグナル伝達が軟骨形成に関与していることはin vitroで示されていた。今回われわれは、マウス胚由来の骨スライスの蛍光イメージングを用いることにより、生きた成長板軟骨細胞が弱く断続的なCa2+ 流入を伴う自律的かつ小規模な細胞内 Ca2+ 変動を生成することを見出した。Ca2+ 透過性チャネルをコードするいくつかの遺伝子が成長板軟骨細胞において発現していたが、一過性受容体電位カチオンチャネルサブファミリー M
メンバー （7 TRPM7）の薬理学的阻害剤のみが自発的 Ca2+ 変動を減少させた。TRPM7を介したCa2+ 流入は、ホスホリ
パーゼCの定常的な活性の下流で活性化され、大コンダクタンスCa2+ 依存性 K + チャネルにより誘導される細胞過分極により増強されると考えられた。

コンディショナルノックアウトマウス胚からex vivo 培養された器官培養軟骨は成長の減弱を示すとともに、成長板軟骨におけるCa2+カルモジュリン依存性キナーゼ（CaMK）
IIの不十分な自己リン酸化を伴う組織学的異常を呈した。軟骨細胞特異的欠損マウスを用いた実験により、TRPM7 媒介 Ca2+ 変動とCaMKII 依存性

軟骨形成との関連がさらに支持された。これらの結果から、成長板軟骨細胞は自発的かつTRPM7により媒介される細胞
内 Ca2+ 変動を発生させることによって、自己成熟および骨発生を促進していると考えられる。

Figure and NoteAB

図 1：成長板軟骨細胞における細胞内 Ca2+ の自発変動
A. 胎齢 17.5日マウスから単離しFluo-4をロードした大腿骨成長板軟骨スライスの代表的な蛍光画像。円形
（R）
、柱状
（C）
、
および肥大
（H）
軟骨細胞の層が示されている。Scale bar, 100µm.
2+B. 定常状態における円形および柱状軟骨細胞のFura-2を用いたCa イメージング。測定に用いた細胞の代表的な蛍光画
2+（赤と緑のトレース）
および Ca2+ 変動陰性細胞（青と黒のトレース）に由来するFura-2を用いた2 波像と、Ca 変動陽性細胞
長測定の蛍光強度比の経時変化が示されている。Scale bar, 20µm.

22A

図 2：軟骨細胞特異的B欠損マウスにおける骨伸長障害−
A. 軟骨細胞特異的
欠損マウス
（
）
および対照マウス
（
面。円形
（R）
、柱状
（C）
、および肥大（H）
軟骨細胞の層が示されている。Scale bar, 1mm.

− −）胎齢 17.5日胎児由来大腿骨標本の中央縦断

2+

B. 複数の解析結果を統合した結果予想された、軟骨細胞におけるTRPM7を介したCa 流入と、その下流の細胞内シグナル伝達の模式図。TRPM7を介して2+流入したCa が細胞内においてCaMKIIの自己リン酸化を促すことによりシグナル下流の遺伝子発現が変化し、正常な軟骨内骨化へ寄与していると考えられる。

骨伸長に必要な軟骨細胞内 Ca2+ 動態と制御分子機構を解明
2+

細胞内 Ca は必須のシグナル分子であり、受精、筋収縮、神経伝達物質やホルモン分泌などの重要な生命現象は
すべて細胞内 Ca2+ の濃度変化によって緻密に制御されていることが知られています。一方で、細胞内 Ca2+ の制御
分子機構や生理的役割が未解明の細胞も数多く残されています。本研究で私たちは軟骨細胞に注目しました。軟
骨細胞は、軟骨組織を構成する唯一の細胞です。軟骨組織は胎生期から発達の時期において、成長板軟骨として骨の長軸方向への伸長を担うとともに、発生後は関節軟骨として関節における摩擦を軽減するために働くユニークな組織です。私たちは、生理的な軟骨細胞における細胞内 Ca2+ の動態や生理的な役割が未解明であることに気付きました。これは、立体的な軟骨組織をin vitroで再構成することが困難という実験技術的制限が原因と考えられました。そこで、マウス胎児大腿骨骨端の成長板軟骨に存在する軟骨細胞を観察可能にする手法を新たに樹立しました。すなわち、新生直前（胎生 17.5日齢）のマウスから大腿骨を単離後、およそ60µmに薄切したスライス培養試料を作製し、細胞内 Ca2+イメージングを行いました。本実験系を用いることで、生理的条件における軟骨細胞内 Ca2+
動態と制御分子機構の解明を試みました。
2+

その結果、軟骨細胞内 Ca 濃度が自発的に上昇と下降を不規則に繰り返しているという新たな現象を見出しました（図 1）。そこでこの現象を自発的 Ca2+ 変動と名付け、さらに分子メカニズムや生理機能の解明を目指しました。複数の阻害薬を用いた薬理学的スクリーニングとマイクロアレイを用いた網羅的遺伝子発現解析を行い、自発的 Ca2+ 変動に関与していそうな遺伝子を探索した結果、自発的 Ca2+ 変動の制御分子候補として、細胞表層膜に分布する陽イオンチャネルTRPM7を見出しました。自発的 Ca2+ 変動はTRPM7の阻害薬処置や遺伝子ノックダウンにより阻害され、TRPM7 活性化薬処置により増強されました。一連の解析から、TRPM7を介して細胞内に流入してくるCa2+
が自発的 Ca2+ 変動を引き起こしていると結論しました。さらに、遺伝子欠損器官培養軟骨および、軟骨細胞
特異的欠損マウスのいずれにおいても、骨伸長が著しく減弱しました（図 2A）。また、
遺伝子欠損に
より自発的 Ca2+ 変動が抑制されるとともに、Ca2+カルモジュリン依存性キナーゼ（CaMK）IIの自己リン酸化が抑制され、軟骨細胞の正常な分化成熟が阻害されることがわかりました。一連の解析から、軟骨において細胞内 Ca2+ が果たしている生理的な役割やその分子メカニズムの一端を解明しました（図 2B）。
2+

今回の研究結果から、軟骨細胞内 Ca 制御分子機構が軟骨の正常な分化成熟と軟骨内骨化に必須であることが明らかとなりました。この分子機構をなんらかの刺激によって活性化することができれば、骨伸長を促進できる可能性があります。今後は、さらなる基礎研究による詳細な分子機構の解明を目指しつつ、整形外科や内科等の臨床医師らとの共同研究により医薬応用を推進していく予定です。

外部環境に応答する分子機構の解明と制御を目指して
細胞や生体が外部環境に応答しながら正常な機能を維持する分子機構はそのほとんどがまだ解
明されていません。また、疾患はこれらの機構が破綻することで引き起こされた状態と解釈することができます。私たちは、外部環境に応答する分子機構を細胞・個体レベルで解明する基礎研究を行うとともに、医師や民間企業研究者と共同研究を展開することで新たな治療薬の創出につなげたいと考えています。
細胞は細胞膜によって内と外に隔てられており、物理的刺激や化学的刺激、熱、栄養状態やホルモンなど細胞外からの刺激に応答して様々な変化が引き起こされます。また個体レベルでも、外部の環境変化に応答し生体内ホメオスタシスを維持する分子機構が機能しています。そして、これらの破綻により様々な疾患が引き起こされると考えられます。当研究グループでは小胞体膜イ
オンチャネルや細胞膜受容体などに注目し、細胞や個体が環境に応答する分子機構を解明するとともに、その破綻によって引き起こされる疾患の治療に資する知見の取得を目指しています。

23

5月21日号

Research Article

Science Signaling 21 May 2019: Vol. 12, Issue 582, eaaw5450
DOI: 10.1126/scisignal.aaw5450

CRACチャネルはアストロサイトのCa2+ シグナル伝達とグリオトランスミッター放出を制御して海馬のGABA 作動性伝達を調節する
2+

CRAC channels regulate astrocyte Ca signaling and gliotransmitter release to modulate hippocampal
GABAergic transmission
Anna B. Toth1 Michaela M. Novakovic1 Natalie G. Bernstein1 Laurie Lambot2
1
2

Department of Pharmacology, Northwestern University Feinberg School of Medicine
Department of Physiology, Northwestern University Feinberg School of Medicine

堀 耕太郎 Kotaro Hori
Postdoctral fellow, Department of Pharmacology,
Northwestern University Feinberg School of Medicine（現 大阪市立大学大学院 医学研究科 麻酔科学講座 講師）

Murali Prakriya
Professor, Department of Pharmacology,
Northwestern University Feinberg School of Medicine
左から堀 耕太郎、Murali Prakriya

Contact

堀 耕太郎 E-mail：k.hori@med.osaka-cu.ac.jp
所在地：545-8586 大阪府大阪市阿倍野区旭町 1-5-7
U R L：http://ocu-anesth.jp/

Abstract

Figure and Note2+

アストロサイトは脳内グリア細胞の主要なサブタイプであり、Ca によって制御されるシグナル伝達機構を介して、代謝の補助からグリオトランス
ミッターの放出まで数多くの機能を調節する。しかし強い関心が集まっているにもかかわらず、アストロサイトのCa2+ 流入経路は未だ明らかになっていないため、Ca2+ シグナル伝達がどのようにアストロサイトの下流のエフェクター機能と連携しているかについてのメカニズム解明の妨げになっている。今回われわれは、Orai1および STIM1にコードされている
ストア作動性 Ca2+ 放出活性化 Ca2+（CRAC）
チャネルが、アストロサイト
における代謝調節型プリン作動性受容体やプロテアーゼ活性化受容体の刺激により発生する持続性のCa2+ 振動シグナルを引き起こす主要なCa2+ 流入経路であることを発見した。光学的レポーターとしてシナプトフ
ルオリン（synapto pHluorin）
を用いることで、アストロサイトのCRAC
チャネルの開孔が小胞のエキソサイトーシスを刺激してATPなどのグリ
オトランスミッターの放出を調節することを明らかにした。さらに、スライスを用いた電気生理学的記録によって、プロテアーゼ活性化受容体によるアストロサイトの活性化が海馬 CA1の介在ニューロンを刺激すること
でCA1 錐体細胞の抑制性シナプス後電流を増加させることを明らかにした。これらの結果により、CRACチャネルがアストロサイトのCa2+ シグナ
ル伝達、グリオトランスミッター放出、そしてアストロサイトを介したCA1 錐体ニューロンの持続性抑制の調節因子として中心的役割を果たしていることが明らかになった。

24

図 1：トロンビン誘発性のエキソサイトーシスはOrai1ノック
アウトアストロサイトではみられない
プロテアーゼ活性化受容体刺激薬トロンビン潅流により誘発されるエキソサイトーシスをシナプトフルオリンでモニタリン
グすると、野生型とOrai1ノックアウトアストロサイトで有意な差がみられた。

図 2：アストロサイトOrai1チャネルはCA1 錐体細胞へのGABA 作動性入力を制御する
アストロサイト特異的ノックアウトマウスでは海馬スライスでのトロンビン潅流刺激により、野生型ではみられたCA1 錐体細胞での抑制性シナプス後電流の頻度上昇がみられなかった。

CRACチャネルを介した
Ca2+シグナル伝達のアストロサイトでの役割
カルシウムはセカンドメッセンジャーとしてよく知られますが、CRACチャネル（Ca2+ 放出活性化 Ca2+ チャネル）はその2+

Ca シグナル伝達を形成する主要な経路のひとつで、生体の細胞に幅広く分布し遺伝子発現や臓器発生等、様々な働きに影響を及ぼしているイオンチャネルです。Oraiというチャネルポア蛋白とSTIMという小胞体内のカルシウムセ
ンサーから構成され、小胞体内のカルシウムが枯渇した際にSTIM が Oraiを活性化し、カルシウムを細胞外から細2+。このチャネルは脳内でも様々な細胞で発現していることが知られてお胞内へ流入させます（ストア作動性 Ca 流入）

り、その中にグリア細胞のひとつであるアストロサイトも含まれます。近年、アストロサイトはグリオトランスミッターと呼ばれ2+る伝達物質の放出により神経細胞の働きを調節しているという報告が相次ぎ、それにアストロサイトでのCa シグナル2+が非常に重要な役割を果たしていることが示唆されていました。そこで今回、私たちはアストロサイトのCa シグナルとグリオトランスミッター放出におけるCRACチャネルの役割をアストロサイトのOrai1、STIM1をノックアウトしたマウスから海馬の初代培養細胞や脳スライス標本を作成して検討しました。
初代アストロサイト培養細胞ではプリン受容体刺激薬のATPやUTP、プロテアーゼ活性化受容体刺激薬のトロンビ
ンの潅流によりCRACチャネルを介したカルシウム流入がみられましたが、Orai1もしくはSTIM1 がノックアウトされた細胞ではそれが大きく阻害されており、それに加えてOrai1ノックアウトアストロサイトではエキソサイトーシスやATP
放出も減少していました。さらに、海馬スライスパッチクランプ記録ではOrai1ノックアウトマウスで介在ニューロンの興
奮反応が抑制されていることがわかり、これらの結果からCRACチャネルはアストロサイトのグリオトランスミッター放出を介して海馬の神経伝達をコントロールしている可能性が示唆されました。
CRACチャネルの脳での働きは未だよくわかっていない点が多いですが、今回の研究から海馬アストロサイトCRAC
チャネルの刺激により神経興奮を抑制できる可能性があり、それにより生理的な神経伝達の調節に加えて、てんかんや脳梗塞後の組織修復といった病的な状態へのアプローチにも繋げられることが期待されます。

CRACチャネルの生体内での機能について
CRACチャネルの分子メカニズムに関する研究は近年飛躍的に進展していますが、その生体内での機能に関しては未だわかっていない点も多いのが現状です。
最も研究されている分野のひとつとして免疫機能が挙げられますが、その他にも今回の研究のような脳機能等、いくつかその重要な役割が指摘されています。
今回はアメリカのノースウェスタン大学 Prakriya lab 留学中（写真）の研究結果でしたが、現在は大阪市立大学大学院 医学研究科 麻酔科学に場所を移して引き
続きCRACチャネル機能の研究を行っています。

25

6月4日号

Research Article

Science Signaling 04 Jun 2019: Vol. 12, Issue 584, eaar2668
DOI: 10.1126/scisignal.aar2668

副腎ステロイド、プロゲステロンおよび
スピロノラクトンによるゾウギンザメのミネラルコルチコイド受容体の転写活性化
Transcriptional activation of elephant shark mineralocorticoid receptor by corticosteroids,
progesterone, and spironolactone
河野 郷通 1 岡 香織 2 Xiaozhi Lin2 小竹 純可 2 Nisha E. Pillai3 高木 亙 4 兵藤 晋 4 Byrappa Venkatesh3 Michael E. Baker5
1

Department of Biology, St. Cloud State University
北海道大学大学院 生命科学院
Comparative Genomics Laboratory, Institute of Molecular and Cell Biology, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
4
東京大学 大気海洋研究所 生理学分野
5
Division of Nephrology, Department of Medicine, University of California, San Diego
2
3

勝 義直 Yoshinao Katsu
北海道大学大学院 理学研究院 生物科学部門 生殖発生生物学分野 教授
北海道大学大学院 生命科学院 教授

Contact

E-mail：ykatsu@sci.hokudai.ac.jp
所在地：060-0810 北海道札幌市北区北 10 条西 8 丁目
U R L：https://www.repdev-katsu.jp/index.html

Abstract

Figure and Note

ミネラルコルチコイド受容体（MR）は核内受容体の1 種であり、グルココルチコイド、プロゲステロン、アンドロゲンおよびエストロゲンに対する受容体をも含む、広範で多様な転写因子ファミリーのメンバーである。ヒトおよびその他の陸生脊椎動物では、副腎ステ
ロイドであるアルドステロンが MRの生理的活性化因子であるが、現存する有顎脊椎動物の最古の群である軟骨魚類においては、その活性化因子は不明である。本稿でわれわれは、ゾウ
ギンザメ
（

）
の完全長 MRに対する副腎ステ

ロイドおよびプロゲステロンの活性化能を分析した。測定された活性に基づくと、アルドステロン、コルチゾール、11-デオキシコル
チコステロン、コルチコステロン、11-デオキシコルチゾール、プロゲステロンおよび 19-ノルプロゲステロンは、生理的なミネラルコル
チコイド候補である。しかし、ヒトおよびその他の陸生脊椎動物
における生理的ミネラルコルチコイドであるアルドステロンは、軟骨
魚類および条鰭類では確認されなかった。プロゲステロンは条鰭類のMRを活性化するが、ヒト、両生類または爬虫類のMRは活性化せず、このことは、陸生脊椎動物への移行期においてプロゲステロンはMRを活性化する能力を喪失したことを示唆していた。ゾウギンザメのMRとヒトのMRはいずれも脳、心臓、卵巣、精巣およびその他の非上皮性組織において発現しており、このことは、多様な組織におけるMR 発現が、有顎脊椎動物の共通の祖先において進化したことを示唆していた。われわれのデータは、19-ノルプロゲステロンおよびプロゲステロンにより活性化されるMRには、生殖生理において正しく評価されていなかった機能がある可能性を示唆している。

26

図：ゾウギンザメ
ゾウギンザメは軟骨魚綱全頭亜綱に属する。2014 年にゲノム情報が発表され、既知の脊椎動物の中でゲノムの進化速度が遅いことが判明している（写真：共同研究者である東京大学 大気海洋研究所の兵藤教授から提供）。

ミネラルコルチコイド受容体の分子進化の鍵を握るゾウギンザメ
1987 年にヒトのミネラルコルチコイド受容体のcDNA が単離されて30 年がたちます。これまでに様々な動物からミネラ
ルコルチコイド受容体のcDNA が単離され、ステロイドによる転写活性や発現解析などが行われてきました。一方で、受容体のリガンドに関する研究も進められ、ヒトではアルドステロンが生体内リガンドであり体内の血圧を上昇させる作
用をもつことなどがわかってきました。そのため、ミネラルコルチコイド受容体に対して拮抗的に作用する薬が開発され、治療現場で使用されるようになっています。このようにミネラルコルチコイド受容体は、アルドステロンを介した生理的な恒常性維持に関与すると考えられていますが、生物の進化の過程における生理的機能の獲得に関する知見は乏しいのが現状です。
私たちの研究グループは、様々な動物種からステロイドホルモン受容体の単離を行い、ホルモン応答性などを調べることによって受容体の分子進化の解明を目指しています。今回私たちは、カリフォルニア大学のMichael E. Baker 教
授、東京大学大気海洋研究所の兵藤 晋教授、高木 亙助教らと共同で、古代から生息する軟骨魚類であるゾウギ
ンザメに焦点をあて、ゾウギンザメから、ミネラルコルチコイド受容体を単離しホルモン応答性を詳細に調べました。その結果、ホルモンとの結合には関係しないと考えられているN 末側のA/B 領域が受容体のホルモン応答性に影響を与えること、また、黄体ホルモンであるプロゲステロンによって、ゾウギンザメのミネラルコルチコイド受容体が活性化されることを見出しました。この成果は、私たちのグループが 2018 年にに発表した魚類のゼブラ

フィッシュのミネラルコルチコイド受容体におけるプロゲステロンによる転写の活性化と同じ応答です。さらに、RNAの発現解析を行ったところ、生殖器官である卵巣や精巣での高い発現量が観察されました。この成果とゾウギンザメのミネラルコルチコイド受容体がプロゲステロンに反応することを合わせて考えると、ミネラルコルチコイド受容体は、本来はプロゲステロンを生体内リガンドとして活用している可能性があること、さらに生殖器官でのまだ明らかにされていない機能をもつことが示唆されました。
これまでの報告から、軟骨魚類の進化段階でミネラルコルチコイド受容体遺伝子ができあがったと考えられています。
よって、軟骨魚類の受容体を詳しく調べることはミネラルコルチコイド受容体の分子進化の全貌の解明につながることが期待されます。ヒトではミネラルコルチコイド受容体の生体内リガンドはアルドステロンというステロイドホルモンであることが判明しており、腎臓でナトリウムイオンや水の再吸収に関与し、生体内の恒常性維持に寄与しています。一方で、ゾウギンザメのミネラルコルチコイド受容体は、アルドステロンに対して高い親和性をもっていますが、軟骨魚類では生体内でアルドステロンは生合成されていません。それでは軟骨魚類における生体内リガンドは何なのでしょうか。
そして、脊椎動物の進化過程でミネラルコルチコイド受容体遺伝子が出現した当初のリガンドは何だったのでしょうか。また、軟骨魚類におけるミネラルコルチコイド受容体の機能は人間と同じなのでしょうか。解き明かされていない大きな謎です。今回の成果から、私たちはミネラルコルチコイド受容体遺伝子が出現した時点での生体内リガンドは黄体ホルモンであるプロゲステロンだったのではないかと考えています。そして、生殖器官でのミネラルコルチコイド受容体の発現が高いという事実は、古代だけではなく、現存する脊椎動物において生殖器官における未だ知られていな
いミネラルコルチコイド受容体の役割を想像させるものです。今後さらなる研究を進めていく必要があります。また、ヒト以外の動物の研究から得られる成果は、これまで知られていないヒトでの機能の解明や、関連するヒトの内分泌疾
患の新たな治療薬の創出にも貢献できると期待しています。

北の大地で内分泌制御機構の解明を目指す
今回の論文は、カルフォルニア大学のBaker 教授、東京大学の兵藤教授および高木助教など多くの共同研究者に支えられて発表することができました。謹んで御礼申し上げます。私たちの研究グループは、北海道大学 理学部内にあり、理学部生物科学科（生物学）の4 年生、生命科学院 生命システム科学コースの大学院生が所属しています。ステロイドホルモンによる動物の内分泌制御システムが動物の進化の過程でどのように成立してきたのでしょうか？ ステロイ
ドホルモン受容体の分子進化の研究を通して、その全体像の解明を目指しています。また、基礎研究だけではなくヒトの内分泌疾患の治療への応用を目指した取り組みも進めています。興味を持ってくださった方は、ぜひご連絡ください。

27

6月25日号

Research Article

Science Signaling 25 Jun 2019: Vol. 12, Issue 587, eaaw1920
DOI: 10.1126/scisignal.aaw1920

低用量メチル水銀曝露により誘発される
Drp1の脱イオウ化は血行力学的負荷に対する心臓の脆弱性を増加させる'HSRO\VXOILGDWLRQRI'USLQGXFHGE\ORZGRVHPHWK\OPHUFXU\H[SRVXUHLQFUHDVHVFDUGLDF
vulnerability to hemodynamic overload
下田 翔 1,2,3 田中 智弘 1,2 外山 喬士 2 西山 和宏 4 新開 泰弘 5 冨田 拓郎 1,2,3 山崎 大樹 6 諫田 泰成 6 赤池 孝章 7 熊谷 嘉人 5
1
5

自然科学研究機構 生命創成探究センター
筑波大学 医学医療系

2
6

自然科学研究機構 生理学研究所
国立医薬品食品衛生研究所 薬理部

37

総合研究大学院大学
東北大学大学院 医学系研究科

4

九州大学大学院 薬学研究院 創薬育薬研究施設統括室

西村 明幸 Akiyuki Nishimura
九州大学大学院 薬学研究院 創薬育薬研究施設統括室 講師
自然科学研究機構（NINS）
生命創成探究センター（ExCELLS）
心循環ダイナミズム創発研究グループ
自然科学研究機構（NINS）
生理学研究所（NIPS）
心循環シグナル研究部門

西田 基宏 Motohiro Nishida
九州大学大学院 薬学研究院 創薬育薬研究施設統括室 教授
自然科学研究機構（NINS）
生命創成探究センター（ExCELLS）
心循環ダイナミズム創発研究グループ 教授
自然科学研究機構（NINS）
生理学研究所（NIPS）
心循環シグナル研究部門 教授
総合研究大学院大学 生命科学研究科 生理科学専攻 教授

左から西村 明幸、西田 基宏

Contact
西村 明幸
E-mail：nishimura@phar.kyushu-u.ac.jp
所在地：812-8582 福岡県福岡市東区馬出 3-1-1 九州大学 グリーンファルマ405

Figure and Note

西田 基宏
E-mail：nishida@nips.ac.jp
所在地：812-8582 福岡県福岡市東区馬出 3-1-1 九州大学 グリーンファルマ401

Abstract
環境中親電子物質であるメチル水銀（MeHg）への慢性的な曝露は、ヒトの心疾患リスクを高めると報告されている。われわれ
は、神経毒性を誘導しない低用量のMeHg 曝露が、マウスにおいて圧負荷により誘発される心不全を増悪化させたことを報告す

図 1：低用量メチル水銀に曝露されたマウスの心筋ミトコンドリア形態
低用量メチル水銀に1 週間曝露されたマウスから心臓を単離し、ミト
コンドリア形態を電子顕微鏡で観察した。メチル水銀曝露によって小さく断片化したミトコンドリア（矢頭）が増加していた。スケール
バーは1ȝm。

る。10ppmのMeHg 曝露は、高用量時に見られる典型的な体重減少を誘発しなかった一方で、グアニンヌクレオチド交換因子
Filamin-AによるDrp1の活性化を介して心筋細胞におけるミトコ
ンドリアの過分裂を引き起こした。新生仔ラット由来の心筋細胞において、低用量 MeHg 曝露によるミトコンドリアの 過分裂は、
Drp1とFilamin-Aの相互作用の阻害剤であるシルニジピンによって抑制された。タンパク質中のシステイン残基のポリイオウ化
修飾は、哺乳動物細胞におけるレドックスシグナル伝達およびミトコンドリア恒常性に重要である。われわれは、ラットDrp1のレドッ
クス感受性残基 Cys624 がバルキーで求核性の高いポリイオウ鎖（Cys624-S（n）H）
を形成しており、これが MeHgの標的となっていることを見出した。MeHg 曝露はDrp1 Cys624-S（n）Hの脱イオウ化を誘導し、それはDrp1のフィラミン依存的活性化およびミトコンド
リアの 過分裂を誘導した。活性イオウ供与体として 作用する
NaHS 処理は、げっ歯類およびヒト心筋細胞ならびにマウス心臓におけるMeHg 誘発性のDrp1 脱イオウ化および機械的負荷に対する脆弱性を減少させた。これらの結果は、低用量 MeHgによるDrp1 Cys624-S（n）Hの脱イオウ化が、フィラミン依存的ミトコンド
リア過分裂を介して機械的負荷に対する心臓の脆弱性を増大させることを示唆する。

28

図 2：低用量メチル水銀曝露による心臓のストレス脆弱性と活性イ
オウ供与体 NaHS 投与による改善効果
低用量メチル水銀に1 週間曝露させたマウスに大動脈狭窄による
圧負荷刺激を行い、1 週間後の心機能をエコー検査で調べた。メ
チル水銀曝露マウスは圧負荷刺激により心機能が大きく低下した。
一方、大動脈狭窄を行う3日前から活性イオウ供与体 NaHSを投与したマウスでは心機能の改善が見られた。
（A）心エコー図、
（B）
左室駆出率
（EF）
、
（C）
左室内径短縮率（FS）健康長寿社会の実現に向けて、
環境要因が疾患リスクを規定するメカニズムを解き明かす
われわれは生きていく過程で様々な環境化学物質に曝露されています。近年、環境因子の複合曝露（Exposome）
による生体レドックス動態の変動が疾患リスクを規定する要因であると提唱されています。環境化学物質の多くは電子を好む親電子物質として作用し、求核性を有するタンパク質のシステイン残基と反応することで分子の機能や性質を変化させます。水俣病の原因となったメチル水銀は大型食用魚類などを摂取することで生体内に侵入する環境中
親電子物質であり、高濃度曝露により中枢神経障害を誘導することが知られています。一方、ヒトを対象とした疫学研究から、神経障害作用を示さない低濃度曝露によって心疾患リスクが上昇するとも報告されているものの、その詳細なメカニズムについては分かっていませんでした。
私たちの研究室では、心臓の慢性的な機能低下（心不全）の要因となる病的な組織構造改変（リモデリング）機構について研究を進めており、2018 年、心筋ミトコンドリアの過分裂（品質異常）
が心機能低下の引き金になること、ミトコン
ドリア分裂促進因子 Drp1 が Filamin-Aを介して異常活性化することがミ
トコンドリア品質異常の分子基盤となることを報告いたしました。そこで今回、メチル水銀の親電子性に着目し、メチル水銀曝露が心筋ミトコンドリアおよび心疾患リスクに与える影響についてマウスモデルを用いて検証しました。低用量メチル水銀（10ppm）
を1 週間飲水投与したマウスの生存率や心臓収縮力には一見変化が見られなかったものの、大動脈狭窄による圧負荷刺激を行うことで心臓収縮力が大きく減少しました。また、メチル水銀投与マウスの心臓ではDrp1の活性化を介して心筋ミトコンドリ
アの過分裂が確認できたことから、低用量メチル水銀曝露による心筋ミ
トコンドリアの品質異常によって心臓のストレス
適応力が低下したものと考えられました。メチル水銀によるDrp1 活性化機構としてポリイオウ化修飾に着目しました。
電子を豊富にもつイオウ原子は求核性が高く、中でもイオウが複数連なった活性イオウ分子種（Cys-SS(n)H）
は生体内のレドックス代謝制御を担う中心分子であることが近年明らかにされつつあります。私たちはこれまでにDrp1のシステイン624 番がポリイオウ化修飾されることにより活性を負に制御していることを明らかにしています。親電子性を持
つメチル水銀はDrp1のシステイン624 番の脱イオウ化を誘導することでDrp1-Filamin-A 相互作用を増強し、Drp1を活性化しました。一方、活性イオウドナーであるNaHSを添加することでメチル水銀によるDrp1 脱イオウ化は抑制され、ミ
トコンドリア過分裂およびストレス脆弱性も改善されることが明らかとなりました。
今回、メチル水銀によるDrp1 脱イオウ化を介したミトコンドリア品質異常が心疾患リスクを高める要因となっていることを明らかにしました。健康長寿社会の実現に向けて、疾患リスクの改善は重要な課題となっています。今後、メチル
水銀以外の様々な親電子物質に対するDrp1の応答性を検証することで、心疾患リスク制御におけるミトコンドリア品
質の重要性を明らかにしていきたいと思います。

九州大学大学院 薬学研究院・創薬育薬研究施設統括室
自然科学研究機構 生命創成探究センター・心循環ダイナミズム創発研究グループ
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をシグナル伝達の視点から読み解こうとしています。生理研グループと九大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是非ご連絡ください。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。

29

6月25日号

Research Article

Science Signaling 25 Jun 2019: Vol. 12, Issue 587, eaaw3306
DOI: 10.1126/scisignal.aaw3306

アリル炭化水素受容体を介したキヌレニンのシグナル伝達が、
ヒト胚性幹細胞の未分化状態を維持する
Kynurenine signaling through the aryl hydrocarbon receptor maintains the undifferentiated state ofhuman embryonic stem cells
畑林 邦忠 1 有田 真緒 2 矢島 伸之 2 竹中 ちえみ 2 鈴木 崇 3 髙橋 雅俊 3 大島 康弘 1 原 圭祐 1 加川 健一 1
1

東京エレクトロン株式会社 プロセスインテグレーションセンター

2

神戸医療産業都市推進機構 細胞療法研究開発センター

3

株式会社島津製作所 分析計測事業部

川真田 伸 Shin Kawamata
神戸医療産業都市推進機構 細胞療法研究開発センター センター長
理化学研究所 多細胞システム形成研究センター

山本 貴子 Takako Yamamoto
神戸医療産業都市推進機構 細胞療法研究開発センター 技術員

左から川真田 伸、山本 貴子

Contact

川真田 伸 E-mail：kawamata@fbri.org
所在地：650-0047 兵庫県神戸市中央区港島南町 2-2 先端医療センター内
U R L：https://www.fbri-kobe.org/rdc/
山本 貴子 E-mail：yamamoto@fbri.org

Abstract
今回われわれは、未分化ヒトES 細胞および iPS 細胞は、培地中にキヌレニン（Kyn）を分泌することを見出した。Kynはトリ
プトファン
（Trp）
からインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1（IDO1）
によって生成されるが、細胞質内でアリル炭化水素受容体（AhR）と複合体を形成し、NANOGやPOU5F1などの自己複製遺伝子の転写だけではなくIDO1 および AHRの転写も行っている。このようにKyn/AhR 複合体は、自己複製因子だけでなく、Kyn/AhR-AhR-IDO1のループを形成することで未分化状態を維持している。一方、AhRとの複合体形成に使われなかった余剰のKynは培地中に分泌され、Trp が培地中に枯渇しても未分化状態の維持のためのパラクリンシグナルとして細胞の未分化状態を維持している。ES 細胞が分化すると、IDO1の活性が低下し、キヌレニンアミノトランスフェラーゼ2（KAT2、別名 AADAT）
が介在する主なKyn 異化経路が活性化されることで、Kynの分泌量が減少し、Kyn 異化経路の最終産物であるア2-ミノアジピン酸（2-AAA）の培地中への分泌が生じる。このように培地中のKynは未分化状態を示すバイオマーカーである一方、培地中の2-AAAの存在は、外胚葉系分化を開始したESC および iPSCのバイオマーカーとして活用が可能である。
Figure and Note
day 3

day 6

図 1：ESC（H9）の分化能を胚葉体（EB）形成能で確認する
トリプトファンから生成されたキヌレニンは、細胞質のAhRと複合体を形成し自己複製因子とIDO1、AhRの転写を行う。過剰のキヌレニンは培地に分泌される。細胞が外胚葉分化すると、キヌレニン化経路の活性化により最終産物である2-AAAが培地中に分泌される。
写真は、EB 形成 3日目と6日目のEBの形状（上）EB 形成時の培地中のキヌレニン、2-AAA、乳酸のLCMSでの測定結果
（下）
。

キヌレニン

30

2-AAA

乳酸

図 2：未分化 ESCおよび iPSC、ならびに外胚葉分化に関与する
ESCおよび iPSCの代謝経路の推定スキーマ
IDO1によってトリプトファンから生成されたキヌレニンは細胞質のAhRに 結合し、キヌレニン-AhR 複合体は核に 移行し、自己複製因子、
IDO1、および自己複製とIDO1-キヌレニン-AhRループを維持するためのAhRの転写を促進する。シグナル伝達に使用されない余剰のキヌレニンは培地に分泌され、そこで持続的な自己複製シグナルとして機能する。細胞が外胚葉分化に関与すると、キヌレニン異化経路の活性化によりキヌレニンプールが減少する。KAT2はAKAを2-AAAに変換する。これは、追加の経路に使用される代わりに分泌される。
キヌレニンとLC-MS/MSを使用した2-AAAの遺伝子発現プロファイ
ルと関連するタイムラプス代謝分析がスキーマに含まれている。

ヒトiPS 細胞やES 細胞の未分化状態を培養液だけで判断可能。
その仕組みも解明し、細胞治療の iPS 細胞の選定に応用
ヒトiPS 細胞
（人工多能性幹細胞）とES 細胞（胚性幹細胞）
は多能性幹細胞とよばれ、2 つの特徴を併せもっています。1 つ目は、特定の細胞に変化していない状態（未分化）を維持しながらほぼ無限に増殖する能力（自己複製能力）、2 つ目は、特定の細胞や組織に分化する能力（多能性）です。多能性幹細胞は培養という方法で未分化維持されます。未分化を維持することは培養においてある程度可能ではありますが、この方法でどれくらい未分化が維持されているのか、その中に分化した細胞がどれくらい含まれているかは、細胞を破壊しないとわかりません。また、多能性幹細胞の未分化がどのように維持されるか、未分化状態から離れて分化を開始する方法についての理解もほとんどありません。もし、品質の悪いiPS 細胞を使って、特定の細胞、組織に分化させると、分化していない細胞が最終的な細胞、組織に含まれた場合、奇形腫とよばれる腫瘍が形成される可能性があるため、治療上問題となります。また、未分化維持の確認、分化後の細胞の残存 iPSの検査のために、細胞を潰して行う検査法では、検査のための細胞を準備しなければなりません。このため、細胞治療では、培養の途中で細胞を破壊せずに、iPS 細胞がき
ちんと未分化の状態が維持されているか確認できること、分化しかかった細胞が検出できるといった判断方法の確立が長年の課題でした。
今回われわれは、未分化状態であるiPS 細胞 /ES 細胞の培養液中にキヌレニン（Kyn）という成分が分泌されていること、分化が始まった状態のiPS 細胞 /ES 細胞の培養培地中には2-アミノアジピン酸という成分が分泌されるようになることを示しました。Kynはトリプトファン（Trp）からインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1（IDO1）
によって生成されま
すが、細胞質内でアリル炭化水素受容体（AhR）と複合体を形成し、NANOGやPOU5F1などの自己複製遺伝子の転写だけではなくIDO1および AHRの転写も行っています。このようにKyn/AhR 複合体は、自己複製因子だけ
でなく、Kyn/AhR-AhR-IDO1のループを形成することで未分化状態を維持しています。一方、分化が始まるとキヌ
レニン分解経路が働き始め、その分化経路の最終産物である2-アミノアジピン酸を細胞外に放出するようになります。
この結果、細胞培地の中に2-アミノアジピン酸が検出され、細胞の分化にスイッチが入ったことを知ることができるようになります。
今回の研究成果で、細胞移植に使われるiPS 細胞の製造中の品質管理を、培養液に分泌される特定の成分をモニターすることで簡便かつリアルタイムに実施することが可能になり、安全なiPS 細胞由来の移植医療に大きく貢献できるものと考えています。今回の成果は、細胞培養工程の自動化が進む細胞製造分野においても、培養培地の分析を通じた製造中の細胞の持続的な品質監視（in process monitoring）
が、いかに有効な品質管理手法になり得るかを示すよい事例にもなると考えています。

産業化へ道を開く、細胞規格化と生産革新
iPS 細胞の作製に初めて成功し、世界の注目を集めた日本の再生医療ですが、臨床応用にむけて、多くの課題が残されたままです。
当センターでは、日本の再生医療が抱える課題を一つひとつ解決することで臨床応用や産業化へ橋渡しするために、細胞の検査・評価の基礎研究、臨床試験をサポートする仕組み
づくり、安全性を担保する細胞の規格化研究、薬事法に基づく臨床用細胞の製造技術開発など、幅広い取り組みを行っています。中でも私が特に力を注いでいるのは「細胞の規格化」
です。細胞を用いた再生医療で最も大きな課題は、人の手で培養された細胞の品質にバラツキがあることです。では、どんな条件で培養し、どんな方法で分析すればいいのか―。
このようなことを解決するために、今後はこれらのルールや基準を明確に規定し、安全性が担保された細胞を安定供給できるようにしていくことを目指していきます。

31

7月9日号

Research Article

Science Signaling 09 Jul 2019: Vol. 12, Issue 589, eaaw3921
DOI: 10.1126/scisignal.aaw3921

L型アミノ酸トランスポーター LAT1は、mTORC1経路を介して破骨細胞形成を阻害し、骨の恒常性を維持する
The L-type amino acid transporter LAT1 inhibits osteoclastogenesis and maintains bone homeostasis
through the mTORC1 pathway
1

1,†

2

1,3

1,4

1,†

1,3

1

尾崎 翔 山田 孝紀
石崎 淳志 平岩 茉奈美
家崎 高志
朴 奎珍
深澤 和也
釜田 ひかり
1
2,5
6
6
7
8
9
金田 勝幸 小川 数馬
越智 広樹 佐藤 信吾 小林 泰浩 Yun-Bo Shi Peter M. Taylor
1

7

2

8

金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 薬理学研究室
金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 臨床分析科学研究室
3
岐阜薬科大学 薬理学研究室
4
金沢大学 先端科学・社会共創推進機構 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー
5
金沢大学 新学術創成研究機構
6東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 細胞生理学分野

徳村 和也

1

本野 芽衣

1

松本歯科大学 総合歯科医学研究所
Section on Molecular Morphogenesis,
Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD),
National Institutes of Health (NIH)
9
Division of Cell Signaling and Immunology, School of Life Sciences, University of Dundee†
現 岐阜薬科大学 薬理学研究室

檜井 栄一 Eiichi Hinoi
金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 薬理学研究室 准教授（現 岐阜薬科大学 薬理学研究室 教授）

堀江 哲寛 Tetsuhiro Horie
金沢大学大学院 医薬保健学総合研究科 薬理学研究室（現 岐阜薬科大学 薬理学研究室）
檜井 栄一 E-mail：hinoi-e@gifu-pu.ac.jp
所在地：501-1196 岐阜県岐阜市大学西 1-25-4
U R L：https://sites.google.com/gifu-pu.ac.jp/lab-yakuri/
堀江 哲寛 E-mail：horie-te@gifu-pu.ac.jp

左から檜井 栄一、堀江 哲寛

Contact

Abstract

Figure and Note

溶質輸送体（SLC）
トランスポーター遺伝子 7a5（：）
によってコードされるL 型アミノ酸トラン

スポーター 1（LAT1）
は、特定の細胞種においてアミノ酸の感知とシグナル伝達に重要な役割を果たし、がんや神経疾患の病因に関与する。LAT1のアミノ酸基質は、骨の健康に直接的および間接的に有益な効果を及ぼすことから、LAT1 が骨の恒常性に関与している可能性が示唆される。今回われわれは、破骨細胞のLAT1が骨の恒常性に重要であることを突き止めた。卵巣摘出による骨粗鬆症のマウスモデルでは、破骨細胞の下した。マウスにおいて発現が大幅に低を破骨細胞特異的に欠失させると、in vivoでは破骨細胞活性化と骨量減少が生じ、in vitroでは欠損により破骨細胞形成が亢進した。

の欠損により、破骨細胞における機構的ラパマイシン標的タンパク質複合体 1（mTORC1）経路の活性化が障害された一方、欠損マウスにおいて、mTORC1を遺伝学的に活性化すると、破骨細胞形
成亢進と骨量減少が是正された。最後に、欠損によって、破骨細胞機能のマスター制御因子である活性化 T 細胞核内因子
細胞質サブユニット1（nuclear factor of activated T cells,
cytoplasmic 1：）の発現が増加し、NFATc1の核内蓄積が 亢進したが、これらはそれぞれ、古典的核内因子 κB 経路とAkt-グリコーゲン合成酵素キナーゼ3βシグナル伝達系を介すると考えられた。以上の結果から、LAT1-mTORC1 系は、破骨細胞のNFATc1を調節することによって骨吸収および骨恒常性に中心的役割を果たし、アミノ酸の摂取と骨格の完全性に分子的なつながりをもたらしていることが示唆される。

32

図 1：成体マウス大腿骨の画像
マイクロフォーカスX 線 CTシステムで撮影した画像
（A）
と骨量の
定量結果
（B）
。コントロールマウスと比較し、破骨細胞特異的
LAT1 欠損マウスでは骨量が少ないことがわかる。

図 2：破骨細胞分化誘導時におけるNFATc1の発現
RANKLを曝露して破骨細胞分化誘導をかけると、野生型骨髄マク
ロファージ（BMMs）と比較して欠損 BMMsではNFATc1（破骨細胞分化に必須の転写因子）の発現が有意に上昇していた。

健康な骨の維持におけるアミノ酸シグナルの重要性
高齢化が進む日本において、骨粗鬆症をはじめとする運動器疾患は健康寿命を短縮させる大きな要因のひとつとなっています。したがって、骨を健康な状態で維持する仕組みを明らかにし、より安全で効果の高い医薬品を開発することには社会的ニーズがあるといえます。
骨組織では、骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収とが絶えず繰り返されていることが知られています。私たちはこれまでに、アミノ酸が骨格形成やその恒常性維持に重要な役割を果たしていることを明らかにしてきました。しかし、骨芽細胞や破骨細胞に発現しているアミノ酸トランスポーターが、どのようなメカニズムで骨組織の恒常性を維持しているのかについては明らかとなっていませんでした。そこで本研究では、アミノ酸トランスポーターの一種であるL-type amino acid transporter 1（LAT1）に着目し、アミノ酸シグナルによる骨組織恒常性維持機構の解明を試みました。
初めに、LAT1 が骨芽細胞や破骨細胞で機能するかどうかを評価するために、マウスから骨芽細胞と破骨細胞をそれぞれ単離し、放射標識アミノ酸を用いて各細胞での取り込みを調べました。その結果、どちらの細胞でもアミノ酸の取り込みが確認され、この取り込みはLAT1 阻害剤によって有意に抑制されました。また、閉経後骨粗鬆症モデ
ルマウスを作製し、破骨細胞での（LAT1をコードする遺伝子）の発現を調べたところ、偽手術を施したコント
ロールマウスと比較して有意に低下していました。
続いて、生体内におけるLAT1の重要性を明らかにすべく、骨芽細胞特異的および破骨細胞特異的欠損
マウスをそれぞれ作製しました。骨芽細胞特異的欠損マウスでは骨代謝異常は見られなかった一方、破骨細胞特異的欠損マウスでは骨量が有意に減少し、骨吸収が亢進していることがわかりました。
そこで、LAT1 が破骨細胞に与える影響を詳細に調べるために、in vitro 実験を実施しました。
を欠損させた骨髄マクロファージ（BMMs）を破骨細胞へと分化させたところ、野生型 BMMsを用いた場合と比較して破骨細胞数が有意に増加しました。一方、野生型 BMMsと欠損 BMMsとの間で増殖や生存に有意な差は見られませんでした。さらに欠損によって、mTORC1シグナルが抑制され、破骨細胞分化のマスターレギュレーターであるの発現および NFATc1の核内移行がともに上昇していることが明らかとなりました。
以上の結果から、LAT1は細胞の増殖や生存に影響を与えることなく、mTORC1/NFATc1シグナルを介して破骨細胞形成を負に制御することが示唆されました。本研究成果は、骨代謝異常によって引き起こされる様々な骨系統疾患に対する新たな知見と解決法を提供し、アンメット・メディカル・ニーズの解消にも貢献することが期待されます。

アカデミア発の革新的治療薬の創製を目指して
私たちは運動器疾患や骨系統疾患の発症メカニズム解明を目的とし、様々な遺伝子改変マウスを用いた研究を行ってきました。現在では、これまでの研究を発展させ、がんやエネルギー代謝異常、神経機能異常といった様々な疾患の発症・進展メカニズムの解明に取り組んでいます。そして、得られた知見をベースとし、アカデミア発の新規治療薬の開発を目指して日夜研究活動に邁進して
います。

33

8月20日号

Research Article

Science Signaling 20 Aug 2019:Vol. 12, Issue 595, eaas8779
DOI: 10.1126/scisignal.aas8779

適応的交差薬剤耐性において腫瘍表現型可塑性と代謝リモデリングを標的にする
Targeting tumor phenotypic plasticity and metabolic remodeling in adaptive cross-drug tolerance
Aaron Goldman1,2,3 Sachin Khiste1,2 Elizaveta Freinkman4,† Andrew Dhawan5 Biswanath Majumder3,6 Jayanta Mondal1,2Anthony B. Pinkerton7 Elliot Eton2 Ragini Medhi2,‡ Vineethkrishna Chandrasekar2 M. Mamunur Rahman8
Kodaganur S. Gopinath9 Pradip Majumder3 Mohammad Kohandel10 Shiladitya Sengupta1,2,11,12
1

8

2

9

Department of Medicine, Harvard Medical School
Division of Engineering in Medicine, Department of Medicine,
Brigham and Women’s Hospital3
Mitra Biotech, Integrative Immuno-Oncology Center
4
Whitehead Institute for Biomedical Research
5
School of Medicine, Queen’s University
6
Mitra Biotech
7
Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute

Medical and Biological Laboratories International
Department of Surgical Oncology, HCG Bangalore Institute of Oncology Specialty Center
10
Department of Applied Mathematics, University of Waterloo
11
Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology
12Dana-Farber Cancer Institute†
現 Metabolon Inc.
‡
現 Wellcome Trust Cancer Research UK Gurdon Institute and Department of Genetics,
University of Cambridge

市村 隆治 Takaharu Ichimura
Associate Biologist, Division of Engineering in Medicine and Division of Renal Medicine,
Department of Medicine, Brigham and Women s Hospital
Instructor in Medicine, Harvard Medical School

Contact

E-mail：tichimura@bwh.harvard.edu
所在地：75 Francis St. Boston, MA 02115, USA

Abstract
がん細胞における準安定表現型状態遷移は、化学療法に対する一過性の適応的抵抗性または耐性の発生につながる可能性がある。今回われわれは、日常的に使用される、タキサンなどの細胞傷害性薬剤に対する耐性応答として、乳がん細胞が CD44 発現量の増加を特徴とする表現型（CD44Hi）を獲得することによって、代謝スイッチが活性化され、アントラサ
イクリンなどの、無関係の標準治療化学療法薬に対する耐性が付与されたことを報告する。誘導されたCD44Hi 表現型を、
解糖および酸化経路両方の活性上昇と、ペントースリン酸経路（PPP）
を介するグルコースフラックスに結び付ける、一連の分子事象の特性を明らかにした。タキサン、アントラサイクリン、糖代謝を調節するグルコース-6-リン酸脱水素酵素（G6PD）の阻害薬を特定の順序で併用投与すると、乳がんマウスモデルにおいて個体の生存が改善した。同じ順序の3 剤併用療法により、人工培養組織系において患者乳腺腫瘍細胞の生存率が低下した。これらの結果からは、臨床的に用いられる
薬剤併用に対してがん細胞の生存を有利にする、表現型変化と代謝変化の連関が示唆される。この連関を薬剤の標的とすることが、交差薬剤耐性の克服を可能にし、がん治療の新たなパラダイムになると考えられる。
Figure and Note

図 1：タキサン投与後の乳がん細胞のCD44とグルコース取り込み
タキサン投与後に、乳がん細胞ではCD44の発現量増加と、グルコース取
り込みの増大が継時的に起こり、これがアントラサイクリンへの耐性獲得に
直結する。

34

図 2：乳がんモデルマウスの、タキサン、およびアントラサイクリンとG6PD 阻害剤投与による生存率
乳がんモデルマウスの生存率は、タキサン（DTX）
投与後、アントラサイクリン（Dox）とG6PD 阻害剤
（lonidamine）の併用投与により、顕著に改善する。

がん細胞の糖代謝の変化が
複数の抗がん剤への耐性を誘導するがん細胞の薬剤耐性の獲得は、がんによる死亡の大きな要因を占めています。古典的には、がん細胞の薬剤耐性
は、遺伝子変異の結果として生じるものとされてきました。しかし近年、がんの不均質性に由来する非遺伝的な機序、言わば、がん細胞があたかも薬剤によって鍛えられたかのように薬剤耐性を獲得する機序について、新たな知見が指摘されてきています。われわれは以前、タキサンに曝露された乳がん細胞は、タキサンへの耐性と細胞表面のHiを示すことを報告しています。一般的に、がん細胞はWarburg 効果と呼ばれる解糖CD44の発現量の増大（D44 ）系に依存する嫌気的な代謝状態をベースとして生存していることと絡めて、本研究ではCD44と糖代謝に関連した、がん細胞の新規の抗がん剤薬剤耐性獲得機序について探求しました。
今回われわれは、タキサンへの曝露により誘導された耐性の乳がん細胞（DTCC）と通常の乳がん細胞（Parental）
に対し、糖代謝の変化の解析を行いました。細胞外フラックスアナライザーなどを用いた解析により、DTCCはParentalに比較し、解糖系とミトコンドリアでの酸化的リン酸化の双方、さらにはペントースリン酸経路を含む糖代謝全体が活性化していることがわかりました。DTCCはタキサンだけでなく、アントラサイクリンにも耐性を示し、この耐性はがん細胞の糖代謝、特にグルコース-6-リン酸脱水素酵素（G6PD）を抑制することが知られるlonidamineの投与
Hi、siRNAなどを用いた実験により、により解消されました。DTCCはCD44を多量に発現しており（CD44 表現型）

DTCCにおける糖代謝の活性化はこのCD44の発現自体に依存していることがわかりました。動物モデルの実験として、乳がんモデルマウスに、タキサンの投与を行いDTCC 同様の耐性を誘導後、アントラサイクリンとlonidamineの投与を行ったところ、生存率が有意に改善しました。同様の実験を、ヒト乳がん摘出検体からの外植片の培養実験系でも実施し、腫瘍組織片の生存率を低下させることに成功しました。
Hi

本研究により、抗がん剤への曝露によりがん細胞に誘導される、CD44 という特定の表現型が、がん細胞自体の糖代謝全体の活性化という変化を引き起こし、それが異なる種類の抗がん剤への耐性をも誘導することが示されました。また、変化した糖代謝自体への介入により、耐性を得たはずの薬剤への感受性の再誘導にも成功しており、これはがんの新たな耐性獲得メカニズム解明に留まらず、実際の新規の薬剤耐性を克服する強力な治療戦略となり得る
ことを示しています。糖代謝阻害剤を含めた新たながんの多剤併用化学療法レジメンの開発や、薬剤耐性を誘導しうる糖代謝変化をターゲットとした新たな創薬が期待されます。

腎臓領域でのtranslational researchを目指して
Harvard Medical School/Brigham and Women s Hospitalの内科・腎臓部門に所属する森雄太郎と申します。同じ研究室に所属する、共同研究として本論文を執筆された市村隆治先生に代わり、本原稿を作成させて頂きました。私どもの研究室のトップは当院の腎臓・ 医療エンジニアリング 両部門の 代表も兼ねるJoseph V. Bonventre 教授です。
Bonventre 教授の指導のもと、実際の臨床現場での着想から、分子・細胞・動物・ヒト検体のすべてにまたがる基礎研究を展開し、臨床の現場へ還元することを理念として、研究活動を行っております。当研究室より、急性腎障害のバイオマーカーであるKIM-1、慢性腎臓病の病態生理、iPS 細胞に由来する腎臓オルガノイドなど、多数の知見を報告してきました。
近日中に、糖尿病性腎臓病の病態の解明と新規薬剤の候補を発表予定であり、腎臓疾患の診療においてパラダイムシフトを起こせるものと確信しております。

35

9月3日号

Research Article

Science Signaling 03 Sep 2019: Vol. 12, Issue 597, eaax3332
DOI: 10.1126/scisignal.aax3332

ジアシルグリセロールキナーゼζはアレルギー性気道炎症と気道過敏性を異なる機序で促進する'LDF\OJO\FHURONLQDVHȗSURPRWHVDOOHUJLFDLUZD\LQIODPPDWLRQDQGDLUZD\K\SHUUHVSRQVLYHQHVV
through distinct mechanisms
Brenal K. Singh1 Wen Lu1 Amanda M. Schmidt Paustian1 Moyar Q. Ge2 Cynthia J. Koziol-White3 Cameron H. Flayer2
Sara S. Killingbeck2 Nadan Wang4 Xinzhong Dong5 Matthew J. Riese6 Deepak A. Deshpande4 Reynold A. Panettieri Jr.3
Angela Haczku2
1

Department of Pathology and Laboratory Medicine, Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania
Pulmonary, Critical Care and Sleep Division, University of California, Davis
Rutgers Institute for Translational Medicine and Science, Rutgers University
4
Department of Medicine, Center for Translational Medicine, Thomas Jefferson University
5
The Solomon H. Snyder Department of Neuroscience, Center for Sensory Biology, School of Medicine, Johns Hopkins University
6
Blood Research Institute, Blood Center of Wisconsin
23

上林 拓 Taku Kambayashi
Associate Professor, Department of Pathology and Laboratory Medicine,
Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania

Figure and Note

Contact
E-mail：kambayat@pennmedicine.upenn.edu
所在地：288 John Morgan Building, 3620 Hamilton Walk, Philadelphia, PA 19104, USA
U R L：http://pathology.med.upenn.edu/department/people/448/taku-kambayashi

Abstract
喘息は、吸入アレルゲンの免疫応答異常によって生じる慢性アレ
ル ギ ー 性炎症性気道疾患で、収縮刺激に 対す る 気道過敏性（AHR）
および気道閉塞が生じる。T ヘルパー 2（TH2）の分化の遮断は、アレルギー性喘息に対する有効な治療戦略であり、強力なTCR 介在性 ERK 活性化はTH2の分化を遮断する。本稿では、ジアシルグリセロール（DAG）介在細胞シグナル伝達の負の調節因子であるDAGキナーゼゼータ（DGKζ）
を標的とすることで、気道炎症とAHR が独立した機序を介して同時に抑制され、アレ
ルギー 性喘息が 予防され たことを報告する。T 細胞特異的な
DGKζ 欠損は、AHRを抑制することなく、2 型炎症を減少させた。
一方、気道平滑筋細胞中のDGKζの喪失では、AHRは抑制さ

図 1：DGKζ欠損がアレルギー性喘息に与える影響
卵白アルブミン（OVA）をアレルゲンとした喘息モデルで野生型（WT）
マウスとDGKζ欠損（DGKζ KO）
マウスを比較すると
（A）
気
道過敏性と
（B）
気道炎症はDGKζ欠損マウスで抑制される。

れたが、気道炎症は抑制されなかった。T 細胞特異的なERKシ
グナル伝達の亢進は、2 型気道炎症を制限するには十分であったが、AHRの制限には十分ではなかった。DGKの薬理学的阻害は、マウスにおける気道炎症とAHRの両方を抑制し、in vitroで
ヒト気道標本の 気管支収縮も抑制した。これらのデータから、
DGKはこれまで認識されていなかった喘息の治療標的であることが示唆され、また気道炎症とAHRは一般に考えられているほど相互依存的ではないことが明らかになった。

図 2：DGK 阻害薬がヒト気道収縮に与える影響
Carbachol 誘導性ヒト気道収縮はDGK 阻害薬（R59949）によって用量依存的に抑制される。

36

DGK 阻害は気道炎症と気道過敏性を同時に抑える喘息の新しい治療戦略
DGKはDAGをリン酸化する酵素であり、DAG 媒介シグナル経路を抑制します。よってDGK 阻害はDAG 媒介シグナル経路を上昇させ、免疫細胞の活性化につながります。免疫活性の重要な因子としてERK が DAG 下流にあります。しかし、ERKの活性化はT 細胞分裂とT ヘルパー 1（Th1）の分化誘導を促進させる一方で、T ヘルパー 2（Th2）の分化誘導を抑えます。すなわち、DGK 阻害は免疫機能を一律に活性化する訳ではなく、Th1 指向性があります。そこで今回、DGK 阻害によるTh2 分化の遮断はアレルギー性喘息の治療に役立つのではないかとの着想に至りました。
はじめに、DGKζ 欠損が ERK 依存的にTh1の分化誘導を促し、Th2の分化誘導を抑えることを確認しました。また、アレルギー性喘息モデルにおいて、DGKζ 欠損マウスでは気道炎症と気道過敏性が抑制されることがわかりました。
しかし、予期しないことに気道炎症はT 細胞のDGKζ 欠損によって、気道過敏性は平滑筋のDGKζ 欠損によって別々に抑制されることが判明しました。これは気道炎症の抑制と気道過敏性の抑制が異なるメカニズムで行われることを意味します。DGKの異なるアイソフォームであるDGKαを欠損したマウスでも弱めではあるものの、喘息抑制効
果が見られました。現在、DGK 阻害薬はDGKαを阻害する化合物しか発見されていません。アレルギー性喘息モ
デルにおいて、DGKα 阻害薬（R59949）
投与は、DGKα 欠損の場合と同程度に気道炎症と気道過敏性を抑制しました。さらに、R59949はCarbachol 誘導性ヒト気道収縮も抑制しました。
喘息の治療は炎症を抑えるだけではなく、気道過敏性とその収縮を同時に抑える必要があるため、通常、作用の異なる複数の薬剤の投与が必要となります。しかし、今回の研究で明らかになった喘息の新しい標的
（DGK）
には両方
の効用があり、単一の阻害薬で治療を行える可能性が切り開かれました。本稿ではDGKα 阻害薬でしか DGK 薬物
阻害の効果を検証できませんでした。DGK 欠損マウスの結果を考慮すると、DGKζ 阻害薬がより効果的に喘息症状を抑える可能性があり、DGKζ 阻害薬の開発とその喘息治療への応用が期待されます。DGKによるT 細胞の分化誘導でERK が重要な因子であることは確認できました。他方、DGK がどのようなメカニズムで平滑筋の収縮に影響しているかは不明で、今後の研究課題となります。

試験管から患者さんのベッドの元へ繋げる研究
欧米で俗に言われる from bench to bedside を日本語に訳すと 試験管から患者さんのベッドの元へ となります。これは基礎科学で発見されたことを病気の治療や検査に結びつけ、患者さんの役に立たせる事を意味します。私はPhysician Scientist（医師でありながら基礎研究者）
であり、ありきたりだと思われるかもしれませんが、 from bench to bedside の実現こそが使命であり、Physician Scientist 冥利に尽きると考えています。上林研では、シグナル経路と免疫細胞機能を結びつけることにより、新しい治療標的の発見（Target Discovery）に力を入れています。それに基づき新しい治療薬を開発し、いつか患者さんのお役に立つことができればよいと願っています。

37

10月15日号

Research Article

Science Signaling 15 Oct 2019: Vol. 12, Issue 603, eaaw9315
DOI: 10.1126/scisignal.aaw9315

発達に伴うKCC2の脱リン酸化はGABA 作動性抑制発現さらに生存にも必須である
Developmentally regulated KCC2 phosphorylation is essential for dynamic GABA-mediated inhibitionand survival

福田 敦夫 Atsuo Fukuda
浜松医科大学 医学部医学科 神経生理学講座 教授
浜松医科大学 光尖端医学教育研究センター
先進機器共用推進部 部長（兼任）
教授

渡部 美穂 Miho Watanabe
浜松医科大学 医学部医学科 神経生理学講座 助教
左から福田 敦夫、渡部 美穂、Kristopher T. Kahle

Kristopher T. Kahle
Assistant Professor, Departments of Neurosurgery, Pediatrics, andCellular and Molecular Physiology; Centers for Mendelian Genomics,
Yale School of Medicine
全著者リスト：https://stke.sciencemag.org/content/12/603/eaaw9315.full

福田 敦夫 E-mail：axfukuda@hama-med.ac.jp
所在地：431-3192 静岡県浜松市東区半田山一丁目20 番 1 号
U R L：https://www.hama-med.ac.jp/education/fac-med/dept/neurophysiology/index.html

Contact

Abstract
カリウム−クロライド共役担体 KCC2（

Figure and Note遺伝子によりコードされる）はγ-アミノ酪酸（GABA）による抑制性神
経伝達を形成しており、KCC2 機能の低下は神経発達障
害の病因となるにもかかわらず、中枢神経系（CNS）の成
熟過程におけるKCC2の機能制御メカニズムは明らかにされていない。本研究では定量的リン酸化プロテオミクス
解析を行い、KCC2のリン酸化部位を同定し、マウスCNSの発達過程におけるリン酸化状態の変化を検討したところ、発達期にはKCC2のThr906 および Thr1007 がリン酸化されており、GABA 作用が興奮性から抑制性に変化する

図 1：脊髄第 4 頸神経より記録された自発性の呼吸リズム
マウス
（Het）
では自発性の呼吸リズムが野生型マウス
（WT）
および
マウス
（Hom）
ではリズムが認められなかった。
記録されたが、時期に一致して脱リン酸化されることがわかった。Thr906
1007

および Thrのリン酸化状態を模倣したKCC2 変異体

T906E/T1007Eを発現し、発達過程で認められたThr906
1007

および Thr（の 脱リン酸化を妨げ たノックインマウス）を作製し解析を行ったところ、頸神経より記録される呼吸リズムが消失しており、呼吸停止により出生後数時間で死亡が認められた。また、マウスではKCC2に-よるCl 排出能が低下しており、腰神経より記録される歩行リズムが乱れており、接触刺激によるてんかん発作も認められた。これらの結果より、CNSの成熟過程にKCC2の
906

1007

Thr および Thr

906のリン酸化が適切に制御されることがGABAによる抑制性神経伝達の形成および生存に必須であることが明らかになった。

38

図 2：KCC2のリン酸化による機能制御
1007

発達期にはKCC2のThr とThr がリン酸化されているためKCC2の機能が抑制されており、発達に伴い脱リン酸化されることでKCC2が機能し始め、GABAによる抑制性神経伝達が形成される。

リン酸化によるKCC2 機能制御
脳内の主要な抑制性伝達物質であるGABAは発達期には興奮性伝達物質として働き、細胞増殖、神経細胞の移動、神経回路形成などにおいて重要な役割を持っています。GABA が興奮性であるか抑制性であるかは細胞内---Cl 濃度により決定され、Cl 濃度が高いと興奮性に働き、低いと抑制性に働きます。発達に伴いCl を細胞外にくみ出
す KCC2の発現量が増加することにより、GABA 作用は興奮性から抑制性に変化します。一方で、KCC2の機能は
906

リン酸化による制御を受けており、KCC2 が機能し始める時期に一致して、KCC2のThr とThr
906

1007

の脱リン酸化がおこることをin vitroの実験でわれわれは報告してきました。そこで、発達前はKCC2のThr とThr

1007

がリン酸化

されているために機能が抑制されており、発達に伴い脱リン酸化されることでKCC2 が機能し始め、GABA 作用が興奮性から抑制性になる可能性を考えました。
906
1007
本研究ではリン酸化によるKCC2 機能制御の役割について個体レベルで明らかにするために、Thr とThr をグ

ルタミン酸に置換し、この部位のリン酸化状態を模倣し、発達に伴う脱リン酸化を妨げた遺伝子改変マウス（
マウス）を作製し、解析を行いました。

マウスは生後 10 時間前後で死亡しました。KCC2によるCl - の細胞外へのくみ出し能力が低下しており、痛覚および接触刺激によりてんかん発作が認められ、死亡前には自発発作の頻度の増加がみられました。脊髄第 4 頸神経より記録される自発性の呼吸リズムがみられず、第 2 腰神経より記録される歩行リズムが乱れていました。また、スパイン形成は正常に認められましたが、中隔、視床下部、海馬、大脳皮質
9061007の神経分布に異常がみられました。よって、発達期にKCC2のThr とThr のリン酸化が適切に制御されることが、抑制性 GABA 伝達の形成、神経発達および生存に必須であることが示唆されました。適切な時期に脱リン酸化が起こり、KCC2 が機能し始めないと、GABA 作用が興奮性から抑制性に変化しないため、興奮性伝達と抑制性伝達のバランスが崩れ、その結果、生存することができないことが明らかになりました。
-

成熟した脳でもKCC2 が正常に機能しないと、細胞内 Cl 濃度が高くなり、GABAによる抑制作用が低下します。てんかんや自閉症、統合失調症などの様々な精神疾患では神経回路の興奮性と抑制性のバランスが崩れることが病因のひとつであることがわかってきており、KCC2の機能低下によるGABAの抑制力の低下が関与している可能性が考えられます。今回の発見によりKCC2の機能はリン酸化により制御されることが明らかになったため、KCC2の
906

Thr とThr

1007のリン酸化部位をターゲットとした新薬の開発が期待できます。

-

Cl ホメオダイナミクス
GABA A 受容体‐Cl - チャネルが開口するとCl - は濃度勾配に従い細胞外から流入
して、膜電位を過分極し神経活動を抑制します。ところが、細胞内 Cl - 濃度が高く
濃度勾配が減少すると、今度は電気勾配に従ってCl- が細胞外に流出して脱分極を起こし、時として興奮性に作用します（Cl - ホメオダイナミクス）。筆者が昔スタン
フォードに留学中のころに着想を得てこの研究を始めました。Kahleは別のラボでお互い面識がなかったので、今回は一本の電話を受けたことから共同研究が始まり、新学術オシロロジー総括班による国際共同研究加速基金の支援第 1 号にもしていただきました。

39

11月5日号

Research Article

Science Signaling 05 Nov 2019: Vol. 12, Issue 606, eaav9526
DOI: 10.1126/scisignal.aav9526

植物ヘテロ三量体 GTP 結合タンパク質のヌクレオチド交換依存性および非依存性機能
1XFOHRWLGHH[FKDQJHGHSHQGHQWDQGQXFOHRWLGHH[FKDQJHLQGHSHQGHQWIXQFWLRQVRISODQWheterotrimeric GTP-binding proteins
Yuri Trusov

1David Chakravorty

2

浦野 大輔

3

2

Sarah M. Assmann

1,4Jose R. Botella

1

Plant Genetic Engineering Laboratory, School of Agriculture and Food Sciences, University of Queensland
Department of Biology, Pennsylvania State University
Temasek Life Sciences Laboratory, 1 Research Link, National University of Singapore
4State Key Laboratory of Cotton Biology, Department of Biology, Institute of Plant Stress Biology, Henan University
2
3

丸田 菜津美 Natsumi Maruta
Plant Genetic Engineering Laboratory, School of Agriculture and Food Sciences, University of Queensland（現 Postdoctoral Research Fellow, School of Chemistry and Molecular Biosciences, University of Queensland）

Contact

E-mail：n.maruta@uq.edu.au
所在地：Brisbane, St Lucia QLD 4072, Australia

Abstract
α、β、γサブユニットで構成されるヘテロ三量体グアニンヌクレオチド結合タンパク質（Gタンパク質）
は、グアニンヌクレオチドに依存する多機能の分子オン・オフスイッチである。動物および真菌では、Gα 上でのGDPとGTPの交換が Gタンパク質の活性化を調節しており、多様な細胞外シグナルに対する正常な細胞応答に不可欠である。モデル植物であるシロイヌナ
ズナ（）
は、単一の標準的 GαサブユニットAtGPA1を有する。われわれは植物体において、構成的に活性化したGTP 結合型 AtGPA1（Q222L）変異体とヌクレオチド非結合型 AtGPA1（S52C）
変異体が Gβγ1 二量体および Gβγ2 二量体と同等の親和性で相互作用することを明らかにした。このことから、Gタンパク質ヘテロ三量体はヌクレオチ
ド交換とは独立して起きることが示唆された。対照的に、Gβγ3に対する親和性はAtGPA1（Q222L）のほうが AtGPA1（S52C）よりも強かったことから、GTP 結合型 AtGPA1（Q222L）の立体構造は別個であり、Gβγ3と強固に会合することが示唆された。

ヌル変異体をバックグラウンドとしてAtGPA1（S52C）
またはAtGPA1（Q222L）のいずれかを発現する遺伝子導入系を機能解析したところ、AtGPA1（S52C）
またはAtGPA1（Q222L）のいずれかによって相補される多様な変異表現型が明らかにされた。われわれは、標準的なGDP-GTP 交換依存性機構に加えて、植物 Gタンパク質にはヌクレオチ
ド交換とは独立して機能しうる機構があると結論付ける。

Figure and Note
図：相補レスキュー法によるAtGPA1 機能解析
AtGPA1を欠損した植物（）にAtGPA1（S52C）
またはAtGPA1（Q222L）
変異体を発現したところ、葉、花、鞘の形態異常が野生型表現型へ回復することが観察された。

40

植物 Gタンパク質のヌクレオチド交換に依存しない機能の発見
動物や植物の細胞は様々な細胞外刺激（シグナル）を感知し、それらに対して適切に応答することにより恒常性を維持しています。このようなシグナル伝達においてGTP 結合タンパク質（Gタンパク質）が重要な役割を果たします。Gタ
ンパク質はα、β、γサブユニットからなるヘテロ三量体として存在します。グアニンヌクレオチドであるGDPまたはGTPに特異的に結合するαサブユニットが GDP からGTP へと交換反応を起こすことでGタンパク質は活性化し、ホルモンや神経伝達物質などの細胞外からの情報を細胞内に伝達します。動物ではαサブユニットが GTPに正常に結合できない場合や恒常的にGTPに結合した場合、様々な病気を引き起こす原因となります。植物ではGタンパク質が生長やストレス応答に必要不可欠ということが αサブユニットのヌル変異体の表現型の解析により明らかになっておりますが、GTP 結合が植物細胞のシグナル応答に必要かどうかは知られていませんでした。
今回の研究では、モデル植物シロイヌナズナのαサブユニット（AtGPA1）、GTP および GDPに結合が不可能な
AtGPA1（S52C）変異体、そして恒常的活性化型であるAtGPA1（Q222L）変異体いずれかをヌル変異体（
で発現し、それぞれがどのように生長やストレス反応に作用するかを調べました。

）

変異体は胚軸、葉、花、鞘の形態異常を示したり、乾燥ストレスによって誘導される植物ホルモン（アブシシン酸）に応答して気孔を閉鎖したりする能力に欠けています。しかしこれらの変異表現型はAtGPA1（S52C）
またはAtGPA1（Q222L）
いずれかの発現によって野性型に回復することが観察されました。一方で、変異体はアブシシン酸による種子の発芽の抑制機能が欠損している他、気孔密度が野生型より低いことが知られていますが、これらの変異表現型はAtGPA1（S52C）
発現では相補されず、AtGPA1（Q222L）
が野生型 AtGPA1 以上に強く相補することがわかりました。これらの結果から、植物のGタンパク質はGTP 結合に依存しないメカニズムで機能することができると同時に、動物のGタンパク質のようにGDP-GTP 交換に依存する機構も保存されていることが示されています。
本研究により、植物 Gタンパク質は、動物 Gタンパク質に見られるGTP 結合依存性の活性化機能と、それとは異なる
独特の活性化機能の両方を持つことが示唆されました。今後の研究では、GDP-GTP 交換非依存性メカニズムの解明が必要とされます。特にGタンパク質はイネやトウモロコシなどの作物において収穫量など農業に重要な特性を制御することが知られています。それらが Gタンパク質のどちらの活性化機構により貢献されるのかを調べる必要があります。最終的に農業維持への貢献も期待されます。

オーストラリア、クイーンズランド大学での研究
クイーンズランド大学はオーストラリアのクイーンズランド州ブリスベンに1909 年に設立された総合大学です。8つの研究機関（分子生命科学研究所、生物工学・
ナノテクノロジー研究所、農業食イノベーション研究所、脳科学研究所、がん・免
疫学・代謝医療研究所、気候変動研究所、持続可能な鉱物資源研究所、社会科学研究所）を設けており、最先端の研究や開発は国内外から高く評価を受けて
います。

41

11月12日号

Research Article

Science Signaling 12 Nov 2019:Vol. 12, Issue 607, eaay4430
DOI: 10.1126/scisignal.aay4430

ALK-1/SMAD/ATOH8 経路は低酸素応答を減弱させ、肺動脈性肺高血圧症の発症を防止する
7KH$/.60$'$72+D[LVDWWHQXDWHVK\SR[LFUHVSRQVHVDQGSURWHFWVDJDLQVWWKHGHYHORSPHQWRI
pulmonary arterial hypertension
1

2

1,*

3

4,†

5,6

1,4

3

三谷 義英 Katarina Holmborn 加藤 太一
鯉沼 代造 丸山 淳子
Eleftheria Vasilaki
澤田 博文
小林 茉愛
3
3
7,‡
8
2
9
7
4
5,6
小澤 崇之 森下 保幸 別所 康全
前田 真吾 Johan Ledin 油谷 浩幸 影山 龍一郎 丸山 一男 Carl-Henrik Heldin
1

7

2

8

三重大学大学院 医学系研究科 小児科学
Genome Engineering Zebrafish Facility, Science For Life Laboratory, Uppsala University3
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野
4
三重大学大学院 医学系研究科 麻酔集中治療学
5
Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Uppsala University
6
Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala University

京都大学 ウイルス・再生医科学研究所
鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科 医療関節材料開発講座
東京大学 先端科学技術研究センター ゲノムサイエンス分野* 現 名古屋大学大学院 医学系研究科 小児科学 / 成長発達医学†
現 鈴鹿医療科学大学 医用工学部‡
現 奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科 バイオサイエンス領域
9

森川 真大 Masato Morikawa
東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 助教
Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Uppsala University
Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala University

宮園 浩平 Kohei Miyazono
左から森川 真大、宮園 浩平

東京大学大学院 医学系研究科 病因・病理学専攻 分子病理学分野 教授
Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Uppsala University
Ludwig Institute for Cancer Research, Uppsala University

Contact

宮園 浩平 E-mail：miyazono@m.u-tokyo.ac.jp
所在地：113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1 医学部教育研究棟 11 階
U R L：http://beta-lab.umin.ac.jp/

Abstract
内皮細胞（EC）
における骨形成因子（BMP）
シグナル伝達の調節不全は、肺動脈性肺高血圧症（PAH）などの血管疾患に関与する。今回われわれは、転写因子 ATOH8 が SMAD1/5の直接標的であり、BMP 依存的に、ただしECにおいて
BMPと協調的に機能することが知られるNotch 経路には依存しない形で、誘導されることを示した。ゼブラフィッシュとマウスにおいて、の不活性化により、Notchシグナル伝達の調節不全から生じると考えられる動静脈奇形様表現型は引き起こされなかった。一方、欠損マウスは、肺動脈圧上昇や右室肥大などの、PAHに類似する表現型を示した。さらに、PAH 患者の 肺では発現が 低下してい た。細胞レベ ルの 解析では、ATOH8は 低酸素誘導因子 2α（HIF-2α）と相互作用してその蛋白量を減少させ、低酸素に応答したHIF-2α 標的遺伝子の誘導を低下させることが示された。これらの結果を総合すると、II 型 BMP 受容体 /ALK-1/SMAD/ATOH8 経路は、肺循環においてECの低酸素
応答を減弱させ、PAH 発症の防止に寄与する可能性があることが示唆される。
Figure and Note

図 1：肺におけるの発現部位

in situ ハイブリダイゼーション法により、正常マウスの肺と心臓でmRNAの発現を評価した。右図：左図の点線部分の拡大。肺細動脈の血管内皮細胞部分にドット状の染色が認められる
（矢印）
。

42

図 2：

欠損マウスで認められた肺動脈性肺高血圧症類似の表現型

− −
欠損マウス
（
）
では、全身の血圧は変化がないが、右室収縮期圧の増加が認められる。また、右室肥大の指標であるRV/(LV+S)の増加も認められる。

肺動脈性肺高血圧症における
BMP/SMAD 経路の標的遺伝子を同定
肺動脈性肺高血圧症の患者さんの多くでは、かります。またという骨形成因子（BMP）の受容体の遺伝子の異常が見つの他にも、BMPの働きに関係した遺伝子や下流にあたる転写因子 SMADの異常が見つかることがあり、肺高血圧症の発症・進展にBMP/SMAD 経路が重要な役割を果たしていると考えられています。しかし、異常な遺伝子を持っていても肺高血圧症を発症する確率は10% 〜 20%とされており、BMP/

SMAD 経路がどのように病気の発症・進展に関与するかは完全には解明されていませんでした。
私たちは、これまで次世代シークエンサーを用いた解析法であるクロマチン免疫沈降シークエンス法（ChIP-seq 法）を活用して、血管内皮細胞におけるBMPの標的候補遺伝子を同定していました。それら候補遺伝子の中で、心臓や血管の機能に関係した各種データベースをもとにスクリーニングを行い、これまで詳細な機能が知られていなかった転写因子 ATOH8に注目しました（図 1）。ゼブラフィッシュやマウスという複数の動物モデルでATOH8の個体レベ
ルでの機能を解析し、BMPに関係した遺伝疾患の中で、欠損マウスが肺動脈性肺高血圧症に類似した表現型を呈することを明らかにしました（図 2）。また、ヒト患者由来サンプルを再解析することで、肺高血圧症患者ではの発現が低くなっていることを確認しました。さらに、細胞レベルの解析で、BMPはATOH8 蛋白の発現を増やすことで低酸素応答に対して保護的に機能すること、ATOH8は低酸素応答で中心的な役割を果たす HIF-2αの蛋白量を減少させること、を明らかにしました。
BMP が低酸素による血管内皮細胞の障害に対して保護的役割を果たすことは知られていましたが、今回の発見か
らATOH8とHIF-2α がこの経路で重要な役割を果たすことが予想されます。最近になって、HIF-2α 阻害薬が肺動
脈性肺高血圧症の動物モデルで治療効果を発揮したという報告があり、この結果にも合致します。今回の研究がきっかけとなり、肺動脈性肺高血圧症の発症・進展におけるBMP/SMAD 経路の役割がさらに明らかになると考えられます。
肺の血管を拡げて血液の流れを改善させる治療法が開発されたことにより、患者さんの予後は改善しています。しかし、BMP/SMAD 経路の機能異常をもつ保因者に対する治療法など、BMP/SMAD 経路との関係に踏み込んだ治療法はいまだ開発途上でした。今回の成果は、肺動脈性肺高血圧症の新規治療法開発に大きく貢献することが期待されます。

シグナル伝達研究から病態解明・治療法開発へ
この研究は、スウェーデン・ウプサラ大学のCarl-Henrik Heldin 教授との長年にわたる共同研究で進められました。Heldin 教授は、BMPを含むTGF-ȕファミリーのシグナル伝達経路に関して多くのことを明らかにした、この分野の中心的人物の1 人です。
多くの疾患でTGF-ȕ/BMPファミリーのシグナルの異常が明らかになっています。しかし、多彩な機能を持つサイトカインである、ということの裏返しで、例えばこの経路の阻害剤が目的とする組織・臓器以外の部分でも作用して副作用を生じるなど、臨床応用には障害が多いです。シグナル伝達経路の解析というと少し「古い」印象になりますが、シグナル伝達の詳細を解析することで疾患特異的な新たな標的を同定し、治療法開発につなげていきたいと考えています。
写真：ウプサラ大聖堂（ウプサラ大学構内より撮影）

43

11月19日号

Research Article

Science Signaling 19 Nov 2019:Vol. 12, Issue 608, eaat9519
DOI: 10.1126/scisignal.aat9519

動的なパルミチン酸化が DKK1 受容体である
CKAP4および LRP6のマイクロドメインの局在を制御している'\QDPLFSDOPLWR\ODWLRQFRQWUROVWKHPLFURGRPDLQORFDOL]DWLRQRIWKH'..UHFHSWRUV&.$3DQG
LRP6
木村 公一 1 深田 優子 2,3 深田 正紀 2,3 山本 英樹 1
1

大阪大学大学院 医学系研究科 分子病態生化学

2

自然科学研究機構 生理学研究所 生体膜研究部門

3

総合研究大学院大学 生命科学研究科 生理科学専攻

菊池 章 Akira Kikuchi
大阪大学大学院 医学系研究科 分子病態生化学 教授

佐田 僚太 Ryota Sada
大阪大学大学院 医学系研究科 分子病態生化学

Contact
左から菊池 章、佐田 遼太

菊池 章 E-mail：akikuchi@molbiobc.med.osaka-u.ac.jp
所在地：565-0871 大阪府吹田市山田丘 2-2
U R L：http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/molbiobc/
佐田 僚太 E-mail：sadaryouta@molbiobc.med.osaka-u.ac.jp

Abstract
Dickkopf1（DKK1）
は、Wnt 共受容体であるLow-density lipoprotein receptor-related protein （6 LRP6）に結合し、エンドサイトーシスを誘導する結果、Wntシグナルを阻害するアンタゴニストとして同定された。私共はこれまでにDKK1の第 2の受容体としてCytoskeleton-associated protein 4（CKAP4）を同定した。DKK1とCKAP4は複数のヒトがんにおいて高発現しており、DKK1-CKAP4シグナルはPI3K-AKT 経路を介してがん細胞増殖を促進した。本研究において私
共は、DKK1 受容体であるCKAP4とLRP6 が主に細胞膜の脂質ラフトにパルミチン酸化依存性に局在すること、CKAP4のパルミチン酸化が DKK1-CKAP4シグナルによるがん細胞増殖に必要であることを見出した。DKK1はacylprotein
thioesterase 1（APT1）によるCKAP4とLRP6の脱パルミチン酸化を誘導し、脱パルミチン酸化された両受容体は脂質ラフトから非脂質ラフトに移動した。DKK1 刺激時にCKAP4の脱パルミチン酸化を阻害すると、PI3K-AKT 経路の活性化が遷延したことから、CKAP4の脱パルミチン酸化および脂質ラフトからの移動が DKK1-CKAP4シグナルの遮断に必要であることが示唆された。また、DKK1 刺激によるAPT1を介した両受容体の脱パルミチン酸化は、PI3K-AKT 経路の活性化に依存したことから、ネガティブフィードバック機構の存在が示唆された。さらに、DKK1はCKAP4とLRP6に同時に結合することが可能で、三者複合体が形成された。LRP6のノックダウンにより、DKK1-CKAP4シグナルを介したAKTの活性化およびがん細胞の増殖が低下したが、CKAP4のノックダウンは、LRP6を介したWntシグナルのDKK1 依存性阻害に影響しなかった。これらの結果から、CKAP4および LRP6のパルミチン酸化状態がそれぞれのシグナル伝達に重要な役割を果たしていること、LRP6 が DKK1-CKAP4シグナル伝達を増強することが明らかになった。

Figure and Note
図 1：パルミチン酸化依存性の受容体局在制御を介したDKK1
シグナルの活性制御機構
脂質ラフトにおいてCKAP4にDKK1が結合すると、PI3K-AKT経路が活性化され細胞増殖が促進されるとともに、APT1が活性化され、CKAP4の脱パルミチン酸化と脂質ラフトから非脂質ラフトへの移動が起こる。

44

図 2：パルミチン酸化欠損変異体 CKAP4C100S

発現細胞を用いた皮下腫瘍形成実験

ヒト膵癌由来 S2-CP8 細胞のCKAP4をノックアウトすると皮下腫瘍形成能が低下した。本表現型は野生型 CKAP4 発現でレスキューされC100S
ではされなかった。
たが、パルミチン酸化欠損変異体 CKAP4

DKK1 受容体のパルミチン酸化制御によるシグナル活性調節機構
私共はWntアンタゴニストである分泌タンパク質 DKK1の新規細胞膜受容体としてCKAP4を同定し、DKK1CKAP4シグナルが、PI3K-AKT 経路の活性化を介してがん細胞増殖を促進することを明らかにしました。CKAP4はパルミチン酸化修飾を受けることが報告されていましたが、DKK1-CKAP4シグナルにおける意義は不明でした。
一方、DKK1 受容体としては、元来 LRP6 が知られていました。私共はこれまでにLRP6 が細胞膜の脂質ラフトに局在すること、DKK1 が結合することによりLRP6 が脂質ラフトから非脂質ラフトへ移動することを報告していました。しかし、LRP6の細胞膜上での脂質ラフトと非脂質ラフトへの局在制御機構はこれまで明らかとなっていませんでした。
本研究において私共は、DKK1 受容体であるCKAP4とLRP6 がいずれもパルミチン酸化を介して細胞膜脂質ラフトへ局在していること、および、DKK1と結合することでこれらの受容体が脱パルミチン酸化されることにより、脂質ラフトから非脂質ラフトに移動する分子機構を明らかにしました。さらに、パルミチン酸化依存性に脂質ラフトに局在することが、CKAP4とLRP6のシグナル伝達に重要であること、DKK1の異なる部位を介してCKAP4とLRP6 が結合し三量体を形成すること、ならびに、LRP6 が CKAP4を介するDKK1シグナルを増強することを明らかにしました。リガンドが結合することにより、脱パルミチン酸化を介した受容体の細胞膜上の局在変化が起こり、シグナル活性が制御される機構が分子レベルで明らかになった点で、新規性が高いと考えています。
私共はこれまでにヒトがん組織検体の免疫組織学的検討において、DKK1とCKAP4の両タンパク質が、膵がん、
肺がん、食道がんにおいてがん組織特異的に発現しており、両タンパク質が発現している症例はそれ以外の症例に比して予後不良であることを明らかにしました。さらに、私共が作製した抗 CKAP4モノクローナル抗体が CKAP4に対して中和活性を示し、DKK1-CKAP4シグナルを抑制し、がん細胞増殖を阻害することを示しました。今回、私共はDKK1シグナルの活性制御機構におけるCKAP4のパルミチン酸化の意義を明らかにしました。今後は、実臨床への応用も視野に入れ、DKK1 および CKAP4のがん組織における発現機構やDKK1-CKAP4 高発現腫瘍の早期診断法、抗 CKAP4 抗体による分子標的治療などの研究を進めていくことを予定しています。

研究室紹介
私共の教室では細胞シグナル伝達機構を、遺伝的変化や組織微小環境変化により細胞や個体の表現型を規定する生体システムとしてとらえて、Wntシグナルを含めた多様な経路が細胞の増殖や分化、運動、組織構築、臓器形成等を調整する分子基盤を確立しようとしています。また、シグナル伝達機構の異常による疾患（特にがん）
発症のメカ
ニズムを明らかにして、診断や治療への応用も視野に入れた研究を展開しています。
若い研究者の方には、技術革新に伴い新たに見えてきた生命現象を取り入れながら、フューチャーインパクトのある研究を展開することを期待しています。

45

12月3日号

Research Article

Science Signaling 03 Dec 2019 : Vol. 12, Issue 610, eaax0715
DOI: 10.1126/scisignal.aax0715

膵β細胞におけるハイプシン生合成は、ポリアミン代謝と条件的な細胞増殖を関連付け、グルコース恒常性の維持に寄与する+\SXVLQHELRV\QWKHVLVLQȕFHOOVOLQNVSRO\DPLQHPHWDEROLVPWRIDFXOWDWLYHFHOOXODUSUROLIHUDWLRQWR
maintain glucose homeostasis
1,2

1,3

1,4

1,3

1,3

5

Esther M. Levasseur
Annie R. Piñeros
Wenting Wu
Farooq Syed
Kara S. Orr
Emily Anderson-Baucum
2,5
6
2
4
7
8,†
Teresa L. Mastracci
Bernhard Maier Amber L. Mosley Yunlong Liu Ernesto Bernal-Mizrachi Laura C. Alonso
99
1,3
Donald Scott Adolfo Garcia-Ocaña Sarah A. Tersey
1Center for Diabetes and Metabolic Diseases,
Indiana University School of Medicine
2
Department of Biochemistry and Molecular Biology,
Indiana University School of Medicine
3
Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine
4
Department of Medical and Molecular Genetics,
Indiana University School of Medicine

5

Indiana Biosciences Research InstituteDepartment of Medicine, Indiana University School of Medicine
7
Department of Medicine, University of Miami
8
Department of Medicine, University of Massachusetts Medical School
9
Diabetes, Obesity, and Metabolism Institute and the Mindich Child Health and Development Institute,Icahn School of Medicine at Mount Sinai†
現 Department of Medicine, Weill Cornell Medical College
6

山田 健太郎 Kentaro Yamada
Center for Diabetes and Metabolic Diseases, Indiana University School of Medicine
Research Associate, Diabetes Research Program, Herman B Wells Center for PediatricResearch/Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine（現 Research Associate, Gene and Cell Therapy Program, Herman B Wells Center for
Pediatric Research/Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine）

Raghavendra G. Mirmira
左から山田 健太郎、
Raghavendra G. MirmiraContact

Professor, Department of Pediatrics, Indiana University School of Medicine
Professor, Department of Medicine, Indiana University School of Medicine
Director, Herman B Wells Center for Pediatric Research
Director, Center for Diabetes and Metabolic Diseases, Indiana University School of Medicine（現 Professor of Medicine/Director of the Translational Research Center/Kovler Diabetes
Center/Department of Medicine, University of Chicago）

山田 健太郎E-mail：yamadak@iu.edu
所在地：1044 W Walnut St, Indianapolis, IN 46202, USA
U R L：https://medicine.iu.edu/faculty/19885/yamada-kentaro/

Figure and Note

Raghavendra G. Mirmira
E-mail：rmirmira@medicine.bsd.uchicago.edu
所在地：900 E 57th St, #8130, Chicago, IL 60637, USA
U R L：http://med-faculty.bsd.uchicago.edu/Default/Details/17285

Abstract
デオキシハイプシン合成酵素（DHPS）
は、ポリアミンのスペルミジンを利用してmRNA 翻訳因子 eIF5Aのハイプシン修飾を触媒し、発がんを促進するが、その仕組みはよくわかっていない。

遺伝子の生殖系列欠損は胚性致死であるため、生後の通常の細胞機能における

遺伝子の役割は、依然として不明である。われわれは、グルコース恒常性の維持に必須の役割を果たす膵 β 細胞において、生後特異的に、遺伝子を誘導的に欠損させることが 可能なマウスモデルを作製した。通常の生理的条件下では、遺伝子を失うことによる影響は認められなかった。しかし、β細胞増殖を誘導する、インスリン抵抗性の発生時には、遺伝子の欠損によって、mRNA 翻訳とタンパク質分泌に必要なタンパク質群に変化が現れ、細胞周期制御因子サイクリンD2の産生が低下し、β 細胞の増殖が 損なわれた上、顕性の糖尿病が 誘発された。さらに、われわれは、ハイプシン生合成がプロテインキナーゼ
C-ζの下流に位置し、c-Myc 依存的に誘導される細胞増殖に必要であることを見出した。本研究により、膵β細胞において、DHPS がポリアミンとmRNA 翻訳を関連付け、条件的な細胞増殖とグルコー
ス恒常性の維持に必要とされることが明らかになった。

46

図 1：インスリン抵抗性条件下における、ȕ 細胞特異的 DHPS
欠損マウスのグルコース耐性能の低下、および、サイクリンD2mRNA 翻訳レベルの減少（A, B）
インスリン抵抗性条件下で、ȕ 細胞特異的 DHPS 欠損マ
ウスでは、正常なグルコース耐性が損なわれた。
（C）
サイクリン
D2タンパク質レベルの低下が観察された。
（D）
ポリリボソーム・
プロファイル解析により、サイクリンD2 mRNA 翻訳の低下が示された。

図 2：本研究で提唱するシグナル経路のモデル
ポリアミン代謝、PKC-ȗ、c-Mycが連携し、細胞周期制御因子
サイクリンD2タンパク質の産生、そして、適応性 ȕ 細胞の増殖を推進する。

適応性 β 細胞増殖におけるポリアミン・ハイプシンの役割
糖尿病は、その発症の機序により、1 型糖尿病と2 型糖尿病の2 種類に大きく分類されます。糖尿病の発症に関連する因子は多岐にわたりますが、1 型と2 型、いずれの糖尿病においても、発症の要因として共通するのは、インスリンを産生・分泌する、膵臓ランゲルハンス島のβ 細胞（以後、β 細胞と表記）の機能不全、あるいは破壊です。そこで、糖尿病の有効な治療法のひとつとして、β 細胞の容積や機能の回復が考えられてきました。しかし、β 細胞は高度に分化した細胞で、成体においてβ 細胞の分裂・増殖が観察されることは非常にまれです。したがって、糖尿病の研究において、β 細胞増殖の仕組みの解明は非常に重要な課題です。
ポリアミンは、細胞増殖をはじめとして、多くの基本的な細胞機能に関与し、重要な役割を果たします。例えば、がん細胞では、細胞内ポリアミンの増加や、ポリアミン生合成経路の中心酵素であるオルニチン脱炭酸酵素（ODC）の活性上昇が報告されています。デオキシハイプシン合成酵素（DHPS）は、ポリアミンであるスペルミジンを利用して、mRNA 翻訳因子 eIF5Aのハイプシン修飾を触媒し、細胞の増殖およびがん化を促進しますが、その仕組みはよくわ
かっていません。
遺伝子の生殖系列欠損は胚性致死であるため、成体内での通常の細胞機能における遺伝子の役割も、これまでよくわかっていませんでした。
上に述べたような背景の下、私たちは、DHPS が β 細胞の増殖にも重要な役割を果たすのではないかと考え、今回の研究を始めました。まず、β 細胞のみにおいて、生後特異的に、遺伝子を誘導的に欠損させることが可能な
'
'
マウス
（以後、
マウスと表記）を作製しました。
マウスは、通常の生理的条件下においては、グルコー
ス恒常性の維持に特に問題を示しませんでした。インスリン抵抗性が誘発される特定の条件下では、わずかながら、'
β 細胞の増殖が検出されます（適応的 β 細胞増殖）。
マウスをインスリン抵抗性が誘発される特定の食餌条件'下で飼育すると、グルコース耐性能の低下が見られました（図 1A, B）。さらに、
マウスでは、適応的 β 細胞増'殖が損なわれることがわかりました。RNA-seqおよびプロテオミクス解析によると、マウスでは、細胞周期制御
およびタンパク質合成・輸送・分泌に関与するシグナル経路が大きな影響を受けていました。そこで、β 細胞において重要な細胞周期制御因子であるサイクリンD2について調べると、サイクリンD2のタンパク質レベルの減少（図1C）、mRNA 翻訳の低下（図 1D）が観察されました。以上の結果と、ヒトおよびマウス由来のランゲルハンス島を利用した試験管内での解析結果から、DHPSによるハイプシン生合成を橋渡しとして、ポリアミン代謝、プロテインキナーゼ
C-ζ、c-Myc が連携し、適応的 β 細胞増殖を促進するというモデル（図 2）が提唱されます。
まとめると、私たちは、生体内において、DHPS が適応的 β 細胞の増殖に必要であることを明らかにしました。本研究により得られた知見は、β 細胞の容積や機能の回復による糖尿病治療法の開発・改良に寄与すると期待されます。

膵 ȕ 細胞に焦点を当てながら、多様な観点から新しい糖尿病の診断法および治療法の開発を目指す
インディアナ大学医学部の糖尿病・代謝疾患センターは、米国立糖尿病・消化器・腎疾病研究所（NIDDK）
からの大型研究費によりサポートされる、全米に16ある糖尿病研究センターのひとつです。グループには文字通り世界中から基礎、臨床、あるいは両方の、多様なバックグラウンドを持つ研究者が集い、日々活発な研究活動を行っています。Mirmira 研究室では、膵 ȕ 細胞に焦点を当て、ヒト由来のサンプル、マウス、ゼブラフィッシュ、培養細胞等、複数のモデルを利用しながら、1）ȕ 細胞におけるポリアミン代謝および mRNA 翻訳因子 eIF5Aの役割とその仕組み、2）小胞体ストレス、酸化ストレス等、ȕ 細胞におけるストレス応答の仕組みとその制御、3）糖尿病の早期発見・診断を目指したバイオマーカーの探索・同定と、多様な観点から糖尿病研究に取り組んでいます。なお、Mirmira 研究室は2019 年 11月にシカゴ大学へ移転しました。引き続きインディアナ大学の糖尿病研究グループと密な連携を保ちながら、新天地で研究活動を開始しています。

47

12月10日号

Research Article

Science Signaling 10 Dec 2019: Vol. 12, Issue 611, eaaw5505
DOI: 10.1126/scisignal.aaw5505

DishevelledとAxinのDIXドメイン間の直接的なヘテロタイプ相互作用が β-catenin へのシグナル伝達を媒介する$GLUHFWKHWHURW\SLFLQWHUDFWLRQEHWZHHQWKH',;GRPDLQVRI'LVKHYHOOHGDQG$[LQPHGLDWHVVLJQDOLQJ
WRȕFDWHQLQ
山西 勲平 1 Marc Fiedler2 寺脇 慎一 3 Mariann Bienz2
1

兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 ピコバイオロジー専攻

2

Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology

3

群馬大学大学院 理工学府 分子科学部門

柴田 直樹 Naoki Shibata
兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 ピコバイオロジー専攻 准教授

樋口 芳樹 Yoshiki Higuchi
兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 ピコバイオロジー専攻 教授

Contact
左から柴田 直樹、樋口 芳樹

柴田 直樹 E-mail：shibach@sci.u-hyogo.ac.jp
所在地：678-1297 兵庫県赤穂郡上郡町光都 3-2-1
U R L：https://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/biophys1/index-j.html
樋口 芳樹 E-mail：hig@sci.u-hyogo.ac.jp

AbstractWnt-β-cateninシグナル伝達経路は、動物界全体にわたって発生と組織恒常性を調節する。この経路を介するシグナル伝
達は、2 つの細胞質タンパク質複合体の相反する活性に決定的に依存する。すなわち、下流のエフェクターである
β-cateninを不安定化させるAxin 破壊複合体と、Axin 複合体を不活性化することによって、β-catenin が核内に集積して転写スイッチを操作できるようにするDishevelledシグナロソームの2 つである。これらの複合体は、AxinまたはDishevelled
それぞれのDIXドメインが動的に前部‐後部重合することによって構築され、シグナル伝達エフェクターとの親和性を高める。Axinは、そのDIXドメインを介してDishevelledとも結合する。今回われわれは、AxinとDishevelledの2 つのDIXドメイン間に形成される、ヘテロ二量体複合体の結晶構造を報告する。このヘテロ二量体の相互作用面は、それぞれのホ
モポリマーの相互作用面に類似するが、静電相互作用と水素結合のわずかな再編成を有し、ヘテロタイプの相互作用がホモタイプのAxin-DIX 相互作用より有利であることと一致している。最後に、細胞ベースのシグナル伝達アッセイによって、DIXに変異を持つ不活性 Dishevelledに異種重合ドメインを融合すると、Axinに結合できるDIX 前部または後部表面を保持していれば、異種重合ドメインが Dishevelled-DIXの働きと活性を回復することが示された。これらの結果から、DishevelledとAxinのDIXドメインを介する相互作用が、β-catenin へのシグナル伝達に重要であることがわかる。

Figure and Note
図 1：DAX-DIX 二量体とDIXおよび DAXとの構造比較（A）
DAX-DIX 二量体とDIXおよび DAXホモポリマーの重ね合
わせ。DIXおよび DAXホモポリマーは2 分子のみを表示。
（B）
DAX-DIXヘテロポリマーモデルとDIXホモポリマーおよび
DAXホモポリマーの構造。

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図 2：キメラDvlの活性（A）および細胞内でDvlとAxinが局在する様子（B）（A）
PB1とSAMはそれぞれキメラDvl2（PB1）、キメラDvl2（SAM）を表す。
（B）野生型 Dvl2はAxinと 共局在す る（上段右）が、キメラDvl2（PB1）とキメラDvl2
（SAM）
では共
局在しない
（中段右と下段右）。

Wntシグナル因子のポリマー化がシグナル調節の鍵を握る
Wnt/β-cateninシグナル伝達経路（Wntシグナル）は、細胞の増殖・分化などを制御しており、分泌タンパク質 Wntが受容体に結合しクラスター化することでシグナルが細胞内に伝達されます。本研究グループは、Wntシグナルの重要な細胞内因子のひとつであるDishevelled（Dvl）のポリマー化が Wnt/ 受容体複合体のクラスター化によって促進されることがきっかけとなり、シグナルが伝達されるモデルを提唱しています。Dvlのポリマー化はDIXドメイン（DIX）が担い、DIX 欠失変異体はシグナル活性を示しません。また、DvlはDIXを介してWntシグナルを抑制する負因子
Axinに結合し、その働きを抑えることで、シグナルを活性化します。AxinにもDIXドメイン（DAX）がありDIX-DAX
相互作用が Dvl-Axinの結合に必須と考えられてきましたが、その詳細は明らかではありませんでした。
今回、DAX-DIX 複合体（DAX-DIX 二量体）の立体構造を決定し、DAX-DIX 二量体が DAXの後部（Tail）とDIXの前部（Head）接触面同士が結合していることを明らかにしました。DAX-DIX 二量体ではDIXやDAXのホモポリマーにおける連続する2 分子とよく重なり合いますが、DIXドメイン間の相互作用様式は異なっていました。この構造から、これらホモポリマーに似たヘテロポリマーが形成されることが示唆されます。次に、DIX-DAX 相互作用がシグナル活性に必須であることを明らかにするため、DIXを他のポリマー化ドメイン（SAM および PB1）に置換（キメラ
Dvl2（PB1）、キメラDvl2（SAM））
したところ、どちらもシグナル活性を示しませんでした。また、DIXに変異を導入しDvlのポリマー化を抑制するとシグナル活性を失いますが、PB1やSAMを融合しポリマー化させると活性が回復しました。一方、DvlとAxinは同じ場所に局在（共局在）する性質があります。これらキメラDvl2は、Axinとは共局在しなかったことから、Axinとは相互作用しないことがわかりました。以上の結果から、Dvlのシグナル活性にはDIXDAX 相互作用が必要であることが明らかになりました。
Wnt 標的遺伝子の多くはがんに関係しており、シグナル制御に異常があると細胞のがん化の原因になる可能性があります。DIXによるホモポリマー化を阻害すれば Wntシグナル活性が弱くなるため、がん細胞の増殖を抑えることが可能になります。DIXホモポリマーだけに作用し、DAX-DIX ヘテロポリマーやDAXホモポリマー形成を抑制しない物質を創製するためには、ヘテロポリマーとホモポリマーにおけるDIXドメイン間の相互作用の違いを考慮することが必要です。今回のDAX-DIX 二量体の立体構造は、その際の重要な情報となると期待されます。

兵庫県立大学大学院
生命理学研究科 生体物質構造学Ⅰ分野
私たちは、X 線結晶解析という手法を用いて原子のレベルで、タンパク質の「形（立体構造）」
を明らかにし、その「働き（機能）」を理解することを最初の目標とします。この研究手法は構造生物学、あるいはタンパク質結晶学と呼ばれる基礎科学の研究分野に分類されます。これは遺伝子からつくられるタンパク質の「働き」を解明するために最も威力を発揮する研究手法です。この結果は病気の原因をつきとめたり、薬剤や触媒などの化合物の設計や合成に役立ちます。

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