メラノサイト由来リポカリン型プロスタグランジン D 合成酵素が関与する皮膚組織の恒常性維持機構
東北大学大学院医学系研究科細胞生物学講座分子生物学分野

柴 原

茂 樹

Microphthalmia-associated transcription factor (Mitf) is responsible for differentiation of melanocytes. TheMitf gene contains many promoters that generate multiple Mitf isoforms with distinct amino-termini, such asa melanocyte-specific Mitf-M. We have been interested in a Mitf mutant mouse, black-eyed white (bw), which
is characterized by the white coat color and inner ear deafness due to the lack of melanocytes and by normallypigmented eyes. By cDNA microarray analysis between wild type and bw mouse skin, we have identified lipocalintype prostaglandin D synthase (L-PGDS) as a new melanocyte marker. L-PGDS is a unique bifunctional protein; itfunctions as an enzyme that catalyzes the conversion of prostaglandin H2 (PGH2) to prostaglandin D2 (PGD2) and as
an extra-cellular carrier protein that specifically binds small lipophilic molecules, such as retinoic acid and bilirubin.
Mitf appears to be involved in transcription of the L-PGDS gene in melanocytes. Importantly, L-PGDS is expressedin normal human epidermal melanocytes, but not in human melanoma cell lines, as judged by northern blot and RTPCR analyses. We also showed the inhibitory effect of PGD2 on the growth of human melanocytes and melanoma
cell lines, HMV-II, SK-MEL-28, 624mel, and G361. These results suggest that L-PGDS may modulate the growthpotential of melanocytes through PGD2, thereby maintaining the skin homeostasis.

5）

１．緒

ヒトメラノーマにおいて消失することを発見した 。この事実は、

言

L-PGDS がメラノサイトの増殖を負に制御すること、さらに、小眼球症関連転写因子（MITF）は塩基性ヘリックス・癌抑制遺伝子として機能する可能性を示唆する。

ループ・ヘリックス - ロイシンジッパー（bHLH-LZ）構造

従来、皮膚組織における PGD2 の産生は、皮膚に局在を持つ転写因子であり、神経堤由来のメラノサイトと脳由する免疫系細胞（マスト細胞やランゲルハンス細胞）由来来の網膜色素上皮細胞（RPE）の分化制御因子であるとされてきた 。事実、それらの免疫系細胞は、L-PGDS

1，2）。

7）

小眼球症関連転写因子 MITF の変異マウス（black-eyedと異なる遺伝子産物である血球型プロスタグランジン Dwhite, bw）は、メラノサイトを欠損するため白毛と難聴合成酵素（H-PGDS）により PGD2 を産生し、皮膚におけを呈するが、正常な網膜を有する（白毛黒眼） 。興味深る炎症反応に関わる（図１）。したがって皮膚の炎症に関いことに、bw マウスは低酸素あるいは高炭酸ガス吸入刺わる PGD2 研究は、主にマスト細胞やランゲルハンス細激に対して過剰な換気応答を呈するため、中枢性の化学受胞においてなされてきた。事実、マスト細胞では MITF容機構も障害されていると考えられる 。我々は bw マウが H-PGDS 遺伝子の転写を促進することが報告された 。

３）

4）

8）

ス皮膚で欠損する分子を探索した結果、リポカリン型プロ

そこで、L-PGDS がメラノサイト、及び皮膚組織の恒常スタグランジン D 合成酵素（L-PGDS）がメラノサイトマ性維持に関わると考え、L-PGDS 及び PGD2 の未知の生理ーカーであることを発見した 。すなわち、L-PGDS はメ機能とその発現調節機構の一端を明らかにした。

5）

ラノサイトで特異的に発現されている。L-PGDS によって２．実合成されるプロスタグランジン D2（PGD2）は睡眠、痛覚、
６）そして免疫の調節に関わる 。また L-PGDS は酵素であると同時に分泌タンパクでもあり、皮膚の再生に重要なレ験

２・１ 正常ヒト表皮メラノサイトおよびメラノーマ細胞における PGD2 の生理作用の解析

チノイン酸などのレチノイド、抗酸化作用の強いビリルビンのHMV-II、624mel、G361、SK-MEL-28 の ４ 系 統 の ヒ ト

結合タンパクとしても機能する（図１）。このように L-PGDSメラノーマ細胞を用いた。PGD2、及びその代謝産物であは多様な機能を担う分 子であるが、メラノサイトにおけるる PGJ2 が細胞増殖に及ぼす効果を検討した（各 10 μM、L-PGDS の役割は不明である。さらに、L-PGDS の発現が72 時間培養）。なお、PGJ2 は核内受容体 PPAR-gammaの ligand で も あ る。 さ ら に、PGD2 受 容 体 で あ る DP1

Mela no cy te - der ived l ip o ca l i n -t y pe
prostaglandin D synthase as a regulator
for skin homeostasis
Shigeki Shibahara
Department of Molecular Biology andApplied Physiology, Tohoku University
School of Medicineと DP2 のアゴ二スト、PPAR-gamma のアンタゴニスト（GW9662）の効果を調べた。

２・２ ヒトメラノーマ細胞における L-PGDS の生理機能の解析
L-PGDS cDNA を恒常的に発現するメラノーマ細胞株を− 71 −

コスメトロジー研究報告 Vol.16, 2008

さらに、PGJ2 はヒトメラノサイトおよびメラノーマ細胞の増殖を有意に抑制した。その抑制効果は PPAR-gammaのアンタゴニスト添加により解除された。よって、PGJ2によるヒトメラノサイトおよびメラノーマ細胞の増殖抑制作用は PPAR-gamma を介すると考えられた。
（以上、論文投稿準備中）

３・２ 正常ヒトメラノサイトとヒトメラノーマ細胞における L-PGDS の生理機能
L-PGDS cDNA を恒常的に発現するメラノーマ細胞株を樹立した。今後、細胞増殖などに対する影響を検討する。
図１ MITF は皮膚における PGD2 産生を制御する
メラノサイトでは、MITF-M が L-PGDS 遺伝子の転写を制御する。一方、マスト細胞では、MITF-E などが H-PGDS 遺伝子の転写を調節する。細胞外へ分泌された L-PGDS は、レチノイン酸、ビリルビンなどの脂溶性分子と結合する。PGD2 の一部は非酵素的に PGJ2 に代謝される。
図は文献 7 から一部改変して使用。

３・３

L-PGDS 遺伝子の発現制御機構の解析

ヒトメラノーマ細胞を低酸素下（１% O2）で培養したが、
L-PGDS mRNA の発現レベルに有意な変化を見られなかった。一方、低酸素曝露マウスの心臓では、心筋における
L-PGDS mRNA の発現誘導を観察した。なお、心筋における Mitf の発現が報告されており、今後、心筋における
L-PGDS 遺伝子の転写調節機構を明らかにする。

樹立した。

３・４
２・３

RPE における PGD2 の役割

L-PGDS 遺伝子の発現制御機構の解析

RPE は脱落・生成を繰り返す杆体細胞外節片を絶えずヒトメラノーマ細胞を低酸素下（１％ O2）で培養し、貪食・処理するのみならず、ロドプシンの構成成分であL-PGDS 遺伝子の発現への影響を検討した。一方、低酸る 11- シス - レチナールを再生し視細胞に供給する。この素（10％ O2）曝露マウスを用い、心筋における L-PGDS

ように、RPE は視細胞の機能維持に必須である。また、

mRNA の発現変化を解析した。

RPE は体内の最も過酷な環境で機能する細胞でもある。
PGD2 との培養により、濃度依存的、時間依存的にヘムオ

２・４９）

ヒト RPE における PGD2 の役割キシゲナーセ１の発現を誘導した 。PGD2 がヘム分解にヒト RPE 細胞を PGD2 と培養し、ヘムオキシゲナーセ関与することが初めて明らかになった。

１の発現への影響を調べた。ヘムオキシゲナーセ１はヘム４．考分解系の律速酵素であり、ヘムを酸化的に開裂し、ビリべルジン、鉄、一酸化炭素を生成する。ビリべルジンは直ち察

皮膚における L-PGDS 及び PGD2 に着目する本研究は、にビリルビンに還元される。ヘムオキシゲナーセ１は酸化メラニン産生、メラノサイトの増殖、皮膚の炎症反応などストレスに対する防御に重要な酵素として知られる。

皮膚の恒常性維持機構の解明に貢献する。皮膚の恒常性維

３．結持の破綻を如何に防ぐかはコスメトロジーにとっても重要果な課題であり、本研究成果は色素沈着（シミ）を予防でき

３・１ 正常ヒト表皮メラノサイトおよびメラノーマ細胞における PGD2 の生理作用るような化粧品・薬剤の開発に寄与する。事実、L-PGDSPGD2（10μM）と 72 時間培養はヒトメラノサイトおよ質である可能性が高い。よって、今後、増加傾向にあるメびメラノーマ細胞（４系統すべて）の増殖を有意に抑制しラノーマに対する新規治療法の開発への貢献も期待される。の産物である PGD2 はメラノサイトの増殖を制御する物た。特に、メラノサイトに対する抑制効果は DP2 受容体

一方、Mitf 変異マウスである bw マウスが低酸素あるいを介する作用であることが示唆された。一方、メラノーマは高炭酸ガス吸入刺激に対して過剰な換気応答を呈するこ細胞の増殖抑制作用は、各アゴ二スト処理では検出できなとは興味深い 。すなわち、メラノサイト、あるいは Mitfかった。事実、RT-PCR 解析では、メラノーマ細胞（４系の未知の標的遺伝子が中枢性の化学受容機構に関与してい統すべて）における DP1 と DP2 受容体 mRNA の発現をる可能性が考えられる 。よって、本研究はコスメトロジ検出できなかった。よって、PGD2 によるメラノーマ細胞ーが支援する「精神、文化に関する分野」とも密接に関連の増殖抑制作用は未知の作用機序によることが示唆された。

する。睡眠の調節に関与する L-PGDS が、皮膚ではメラノ

4）

4）− 72 −

メラノサイト由来リポカリン型プロスタグランジン D 合成酵素が関与する皮膚組織の恒常性維持機構サイトに限局して存在する事実は重要である。メラノサイ
ト由来 L-PGDS の未知の生理機能が示唆される。本研究は

Mitf

mi-bw

mice, lacking melanocytes. J. Biochem. (Tokyo)

141, 327-333.

美肌の維持には良好な睡眠が重要という経験則に科学的な

５）Takeda, K., Yokoyama, S., Aburatani, H., et al.

根拠を与えるものである。高齢化が進む我が国においては、(2006) Lipocalin-type prostaglandin D synthase as a

快適に眠り、美しく老いるという願望は、すべての国民のmelanocyte marker regulated by MITF. Biochem.

願いであり、本研究成果は良好な QOL の達成にも貢献する。

Biophys. Res. Commun. 339, 1098-1106.
６）Urade, Y., Hayaishi, O. (2000) Biochemical, structural,（文献）

genetic, physiological, and pathophysiological features

１）Hodgkinson, C.A., Moore, K.J., Nakayama, A., et al.
(1993) Mutations at the mouse microphthalmia locus
are associated with defects in a gene encoding a novelof lipocalin-type prostaglandin D synthase. Biochim.
Biophys. Acta, 1482, 259-271.
７）Takeda, K., Takahashi, N.-H., Shibahara, S. (2007)

basic-helix-loop-helix-zipper protein. Cell 74, 395-404.

Neuroendocrine functions of melanocytes: Beyond the２）Hughes, M.J., Lingrel, J.B., Krakowsky, J.M., et al.

skin-deep melanin maker. Tohoku J. Exp. Med. 211,(1993) A helix-loop-helix transcription factor-like gene is201-221.

located at the mi locus. J. Biol. Chem. 268, 20687-20690.

８）Morii, E., Oboki, K. (2004) MITF is necessary for３）Yajima, I., Sato, S., Kimura, T., et al. (1999) An L1

generation of prostaglandin D2 in mouse mast cells. J.

element intronic insertion in the black-eyed white(Mitfmi-bw) gene: the loss of a single Mitf isoform

Biol. Chem., 279, 48923-48929.
９）Kuesap J., Li, B., Satarug, S., et al. (2008) Prostaglandin

responsible for the pigmentary defect and inner ear

D2 induces heme oxygenase-1 in human retinal

deafness. Hum. Mol. Genet. 8, 1431-1441.

pigment epithelial cells. Biochem. Biophys. Res.

４）Takeda, K., Adachi, T., Han, F., et al. (2007)

Commun. 367, 413-419.

Augmented chemosensitivity in black-eyed white− 73 −