目次■ 所長挨拶 …………………………………………………………………………………2■ 追悼

箱守仙一郎先生―サイホウそして、Glycosynapse― ………………………4■ 第 14 回東北糖鎖研究会 Web 開催の報告……………………………………………12■ 箱守仙一郎賞 …………………………………………………………………………14「箱守仙一郎賞」規約
第４回箱守仙一郎賞（2019 年度）
奨励賞：ガングリオシドのアシル鎖構造による TLR4 制御メカニズム(狩野 裕考, 東北医科薬科大学・分子生体膜研究所・機能病態分子学）
優秀論文賞：Deficiency of core fucosylation activates cellular signaling dependent on
FLT3 expression(Duan Chengwei, 東北医科薬科大学・分子生体膜研究所・細胞制御学）■ 研究報告…………………………………………………………………………………20＜生体膜情報学部門＞「生体膜情報学最終年度の報告」
東秀好、黒田 喜幸

＜機能病態分子部門＞「自然免疫におけるガングリオシド GM3 の役割」
井ノ口仁一、稲森啓一郎、永福正和、狩野裕考、新田昂大＜分子認識部門＞「レクチンの抗腫瘍メカニズムの解明と糖脂質のかかわり」
細野雅祐、菅原栄紀、立田岳生＜細胞制御学部門＞「膵がんにおける FUT8 発現の意義と細胞接着における O-GlcNAc 修飾の機能」
顧 建国、福田 友彦、伊左治 知弥＜薬品物理化学部門＞「糖鎖構造解析のための技術基盤の構築」
山口 芳樹、真鍋 法義、大野 詩歩

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所長挨拶
2020 年度は、新型コロナウイルス感染拡大の影響により、前期は全て遠隔授業（オンライン）、後期は十分な感染症対策のもと頑張って約５割の対面授業を実施しました。
このような厳しい状況下において、慣れないオンライン講義をこなしながら学問への情熱を持ち続けた教員と、研究を続けた大学院生の熱意と努力により、分子生体膜研究所（分生研）はかろうじて研究教育活動を継続することができました。今回の新型コロナウイルスの性質を考えますと、完全に 2020 年以前の生活環境に戻るには、少し先のことになります。ワクチンや特効薬が市場に充足し、あるいは集団免疫が形成されるなどして、感染爆発や重症化リスクが十分抑制された状態になることが重要だと考えています。そのためには、最低でも 1～2 年の時間がかかると言われています。したがって、
それまでの間、With コロナの状態が続くことを覚悟し、3 密（密閉・密集・密接）の対策などを通して感染を防ぎながら、分生研が本来の機能を発揮できるようにしていかねばなりません。
一方、この１年の経験のなかで、皆さんも対面で人と接する活動は、人間の生活にとって不可欠のものであることを再確認されたのではないでしょうか。実空間での対面がかなわない状況で、オンライン講義・会議、テレワークなどの活用は、その不便をある程度補ってくれました。しかしながら、研究活動や教育あるいは仕事を進める上で不可欠な人との信頼関係や共感を、リモートの環境だけで醸成するのは難しいことも実感しました。With コロナを経て新たに到来する Post コロナ社会では、対面での接触がより貴重で価値あるものとして重視され、大切なものとして追求されるべきでしょう。
2020 年に分生研としては大変悲しいことが起こりました。東北薬科大学附属癌研究所
時代から分生研にいたる今日まで、長きにわたり顧問・名誉所長としてご指導いただいてきました箱守仙一郎先生は 2020 年 11 月 11 日、91 歳で逝去されました（細野教授の2

追悼文をご参照）。分生研の一同を代表し、先生のご指導に感謝し、心よりご冥福をお祈り申し上げます。
また、今年度は 2006 年に分生研が設立されたと同時に赴任してきた生体膜情報部門の東秀好教授が御退職を迎えられました（写真は最終講義にて、東教授と司会の生化学教室の関教授）。長い間本当にお疲れ様でした。今後のご健勝とご活躍を心よりお祈り致します。
今回の年報では、各研究部門の研究活動報告および第４回箱守仙一郎賞の奨励賞および優秀論文賞、および東教授が主催した第 14 回東北糖鎖研究会（詳細は東教授の紹介
文）をご紹介致します。

皆様からのご指導ご鞭撻のほど心よりお願い申しあげます。

令和３年３月吉日
東北医科薬科大学 分子生体膜研究所・所長
顧 建国

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追悼

箱守仙一郎先生―サイホウそして、Glycosynapse―
分子認識学部門 細野雅祐

本学 元評議員・名誉分子生体膜研究所長

箱守仙一郎先生におかれましては、2020

年 11 月 10 日、米国シアトルにて逝去されました。享年 91 歳。現地との時差など細かいことを除けば、奇しくも 2017 年のこの日、先生の米寿をお祝いして当研究所において開催された「箱守仙一郎糖鎖科学シンポジウム」および記念祝賀会から、ちょうど3 年を経て旅立たれたことになります。その前年、定例の生化学特別講義では、100 分
超の口演を起立のまま全うされていたことを思えば、ややお元気がなくなった印象はありましたが、それでも 50 名を超える内外のお弟子さん達に囲まれ、皆様からの祝福を和やかな笑顔で受けておられました。先生は帰国後体調を崩されたものの、ご令室
光子さまをはじめご家族の献身的な介護により小康を得ていると伺っておりました。
筆者としても何とか理由をつくってシアトルへお見舞いに行かねばと思案しているう
ちに今般のコロナ禍が顕著となり、結局渡航の機会を見いだせないまま先生とお別れせねばならなくなりました。まことに痛恨の極みであります。
私事で恐縮ですが、1980 年代半ば、大学院生であった筆者が箱守先生の生化学特別講義を拝聴してまず驚いたのは、先生が「細胞」を”サイホウ”と発音されていたことです。同胞や胞子を読むときにはホウと発音するにもかかわらず、細胞は当たり前のようにサイボウと読んでいた。もちろん以前からそう教わっていたからに相違ないのですが、その一点に加え、ある学生が質問に起立して「愚問かもしれませんが」と前置きしたとたん、「あーたたちが質問しようとするときに、愚問などというものはありません！」（だから、遠慮せずにお聞きなさい）と一喝されたこと。その 2 点をもって箱守先生に「他の先生とはちがう」スケールの大きさを感じ、魅了されてしまいました。恥ずかしながら、そのときの講義の内容はほとんど記憶しておりませんが、
確か当時筆者らが勉強した「コーン・スタンプの生化学」ではほんの数行しか触れられていなかった糖脂質および糖タンパク質に関するお話であり、その後毎年の講義を拝聴するなかで、如何に先生が当時から最先端の知識を披露して下さっていたか、次第に分かるようになりました。
箱守先生ご逝去の報せがネットワーク間を広がるにつれ（発信源はおそらく Dr.
Laine？）、なかば自然発生的に”Hakomori Lab. Alumini”という字句が生まれ、次第に
箱守研ゆかりの研究者に寄稿を呼び掛けて memorial e-book をつくろうという話が進みました。ムコ多糖（こんにちのグリコサミノグリカン）の生化学的研究で世界的に知られた正宗一先生門下の箱守先生は、1959 年（昭和 34 年）に当研究所の前身である
東北薬科大学附属癌研究所第一部を立ち上げられてから、実に 60 年という年月を常に第一線で先導してこられ、しかも本拠地は米国シアトルです。その間に箱守先生とリ4

サーチの面で関わった方がいったいどのくらいおられるのか、我々には調べようもありません。そんなとき、箱守先生の高弟である Dr. Roger Laine の後押しに加え、箱守先生のもとで長く秘書兼ライターをしておられた Dr. Stephen Anderson がお持ちの膨大なメーリングリストをもとに全面的に協力して下さるとのお話があって、前所長井ノ口仁一先生を中心に昨年末から本格的にプロジェクトが動きはじめ、先ごろデジタル
追悼文集”Fond Memories of Professor Sen-itiroh Hakomori”を完成いたしました。Dr.
Laine は同時に、箱守先生の広範な業績リストを作成し、送ってくださいました。これは（例えばタンパク質・核酸・酵素のような）邦文雑誌に掲載された論文も含む詳細なもので、1952 年の第一報（J. Biochem.）１）から直近の第 737 報（2019 年、
Glycoconj. J.）2）まで記載されています（うち peer-reviewed original paper は 585 報）。
論文の種類を問わずに単純計算すると、実に 68 年間にわたっておしなべて毎月一報論文を発表されていたことになります。報数の多さにも圧倒されますが、もちろん掲載
誌の質についても Nature と Science 合わせて 10 報をはじめ、Cell、PNAS、JBC、
Cancer Res など、目もくらむような内容であります。このような箱守先生のご業績については、既に多く活字（テキスト）になっており今更感がございますが、筆者なりの視点で以下いくつかのエポックを点描風に記したいと思います。
科学史をひもといてみれば明らかですが、前世紀半ば、近代生化学を牽引してきた多くの研究者は、内外を問わず基本的に”Chemical biologist”でした。医学部出身の先生方の中にも医師免許を取得しつつ、「医化学」という分野において chemistry を基盤とした研究を強力に推進された方が多くおられますが、箱守先生もそのお一人です。世代が異なるとはいえ、薬学部出身にもかかわらず「生物系」というエクスキューズに隠れて化学を疎かにしてきた筆者などにとっては、まさに汗顔の至りと下を向くばかりです。曰く、「あーたたち、ほんとにケミストリーが分かってるの？」。
もともと「がんと正常細胞（組織）の違い」に注目されていた先生は、1961 年、癌研在職中にがんの糖鎖変化に関する報告をいきなり Nature 誌に Letter として発表します（実際には２連報）。3）同時にその違いを知る術として、先ずは化学で糖鎖構造を明らかにする戦術をとられ、1964 年、J. Biochem 誌 4）に糖の完全メチル化法に関する論文を発表。後に箱守のメチル化法と呼ばれるようになったこの方法は、ジメチルス
ルホキシドと水素化ナトリムにより生じたメチルスルフィニルカルボアニオンが糖と反応してできるナトリウムアルコキシド中間体をヨウ化メチルによってメチル化するもので、特殊な装置を必要とせず、一回の反応で難反応性の酸性糖も含め高収率で完全メチル化が可能な画期的方法であり、糖鎖構造分析に広く応用されました。次いで、1968 年に PNAS、BBRC 誌 5, 6）に糖脂質におけるがんの糖鎖不全現象（悪性転換細胞における長鎖糖脂質の減少とその前駆物質の蓄積）が報告されます。これは、その後木幡博士らによって拓かれた糖タンパク質糖鎖のがん性変化（多分枝性）と相俟って、来るべきがん特異抗原や腫瘍マーカー全盛期の礎となるお仕事であったと思い5

ます。一方で先生は、ガラクトースオキシダーゼによって非還元末端のガラクトース
あるいはガラクトサミンを酸化しつつ、トリチウムホウ素ナトリウムによって還元すると同時に放射ラベルする細胞表面標識法を開発されました（1975 年、JBC 誌）7）。
この手法は悪性細胞におけるパラグロボシドや Forssman 抗原などの糖脂質含量の増加
や、さらには（発表年は前後するが）細胞のがん化により発現が低下する細胞表層タ
ンパク質フィブロネクチンの発見（1973 年、PNAS 誌、ガラクトプロテイン a と称された）8）に繋がったのです。1970 年代後半頃から、箱守先生は当時知られるようになって間もないモノクローナル抗体（MoAb）に着目し、がん性変化の見られる（すなわ
ち腫瘍マーカーの候補となる）糖脂質をターゲットに、種々の MoAb を樹立しました。なかでも FH6（1984 年、JBC 誌）9）は、主に肺腺がんなどのマーカーである SLX（シアリル LeX-i）を認識する MoAb で、抗体によるがんの診断に広く応用されました。前述したような悪性化細胞に特異的に発現する糖鎖抗原は、がん特異的糖鎖抗原（シアリル Tn、GM2、GD2、globo-H など）と呼ばれますが、これらを標的として、診断のみにとどまらず治療まで行おうとする試みは当時から行われ、分子標的薬を用いる現代の薬物治療戦略の基盤となりました。箱守先生は、並行して細胞表面構造のクラシカルな代表格である血液型にも精力的に関わられ、血液型研究における金字塔ともいうべき ABO 式血液型システムの分子遺伝学的解明に関する論文が 1990 年に発表されました（Nature 誌）10）。おりしも糖転移酵素遺伝子のクローニングが急激に進んだ（日本人研究者の貢献が最も大きい）時代の先駆けとなるお仕事ですが、A 型を規定する A 遺伝子（α1-3GalNAc 転移酵素をコード）の単離を端緒に、B 型の Gal 転移酵素との違いがたった 4 個のアミノ酸残基に集約されることを見いだし、結果として長いあいだ不明であった cisAB 型発生のメカニズムが解明されたのです。筆者は、しばしば大学の仕事として周辺の高校に出向き、いわゆる出前講義を行っておりますが、テーマとしていつもこの話題を取り上げ、箱守先生のご紹介をしながら ABO 式血液型の不思議についてお話しています。
紙面も限られていますので、ここからは駆け足になります。後にも述べますが、箱守先生は一貫して”膜成分としての糖脂質および糖タンパク質糖鎖の構造と機能”を研究テーマとされ、そのエンドポイントは、「細胞間相互作用の詳細」および「細胞のがん化メカニズム」を明らかにすることだったと思われます。これには“細胞認識”や“細胞接着”および“シグナル伝達”というキーワードがよくあてはまります。細胞表面
上のいわゆるネオラクト系のⅡ型糖鎖（SSEA-1=Lex など）を中心とした研究が継続して行われる中で、1990 年、リンパ球ホーミング現象における E-セレクチンの白血球側の糖鎖リガンドが、シアリル Lex であることが明らかにされました（Science 誌）11）。
言うまでもありませんが、セレクチンはⅠ型の膜貫通タンパク質で、細胞外の N 末端に糖結合能をもつ C 型レクチンドメインをもっています。すなわちこれは、細胞同士がcarbohydrate-protein interaction （CPI）によって結合する細胞間相互作用のひとつに他6

なりません。3 種あるセレクチンのリガンド糖鎖の同定には多くの研究者が参入し、一部で紆余曲折もあったようですが、この相互作用はがんの転移機構にも直接関係することから非常に注目を集めるテーマとなりました。タンパク質が糖鎖を直接認識
し、細胞機能に影響を与える CPI の事例については、この他にもガレクチンやシグレックなどのレクチンが関与するものや、インテグリンあるいは成長因子受容体と糖脂質との結合など、多くのエビデンスが報告されています（箱守研では EGFR と GM3、2006 年、PNAS 誌）12）。一方、細胞と細胞の結合には上記のほかに糖鎖-糖鎖間のホモ
フィリック（Lex と Lex など）あるいはヘテロフィリック（GM3 と Gg3 など）な相互作用によるものがあり、その後のシグナル伝達において重要であることも示されました（1989 年、JBC 誌）13）。「carbohydrate-carbohydrate interaction（CCI）」は少し前まで箱守先生の口癖のようになっていたと記憶しています。そして晩年、先生が最も力を入れておられたテーマは、何といっても細胞膜マイクロドメインに関するものだったと思います。1997 年に Dr. Kai Simons らによって提唱された”脂質ラフト”という細胞膜モデルは、シグナルプラットフォームとしての形態機能として注目され、すでに定説となっていた Singer-Nicolson の流動膜モザイクモデルにうまくフィットした形で、脂質の海に漂う「動く筏」として世界的な広がりを見せました。それに対して先生は、早くから細胞膜における糖脂質成分の集合状態（組織化）に着目され（1991
年、Glycobiology 誌）14）、脂質マイクロドメインという概念を思考しておられた中で、上述した CPI や CCI の事象などを含む様々な事実（特に細胞接着に関わる）を統合され、「動かないマイクロドメインがある」と結論づけたのです。既に廃刊となって久しい邦文雑誌“蛋白質 核酸 酵素”（2002 年）に、五十嵐靖之先生が司会をされた
座談会記録「マイクロドメイン研究の流れと将来」が掲載されています 15）。その中で箱守先生は、Simons 先生の Lipid raft の不十分さを指摘し、「ラフトは、カベオラというテーゼに対するアンチテーゼです。私たちは、新しいテーゼを求めるべきです。」と言い切っておられます。そしてここでの発言通り、同時に PNAS 誌（2002 年）16）に”The glycosynapse”というエレガントなタイトルの単著論文を発表されました。このグライコシナプスこそ、箱守先生が長年にわたり成されてきたお仕事から得られた膨大なエビデンスをもとに構築された、まさに集大成ともいうべき細胞膜機能形態の概念であろうと思います。すなわちラフトとは異なり、「動かずに、細胞接着や運動・成長などをコントロールするシグナルプラットフォーム」としての細胞膜マイクロド
メイン。「新しいテーゼ」です。
冒頭でも述べた箱守先生の 2016 年の生化学特別講義の終盤は、“epithelial-tomesenchymal transition (EMT)”と”cancer stem cell”に関するお話しでした。もちろんこれらのテーマにも先生は早くから取り組んでおられます（前者は 2009 年、後者は2013 年、いずれも PNAS 誌）17,18）。EMT における糖脂質発現変化（例えば Gg4、GM2）を知ることで、これまで知られていなかった細胞のがん化プロセスへの糖鎖の7

関与を明らかにすること、また乳がん幹細胞における糖脂質の発現が対応する正常組織幹細胞と異なることを見いだされましたが、特に正常幹細胞が分裂を経てがん幹細胞に変化するのには、幹細胞とその周辺に存在する niche 細胞との接触状態（CPI、CCI）が大きく影響している可能性がある、とのことでした。
繰り返しになりますが、箱守先生は「細胞間相互作用」というものを、膜の複合糖質の組織化・シグナル伝達へのかかわりと細胞機能のコントロールという点で掘り下げられた。そして研究の基盤として、一貫して鍵を握る個々の分子の構造を正確に知ることを大切に考えてこられました。もちろん、同時にその時代の”最先端の知見や技術“をいち早く取り入れ、活用するという点においても非常に巧みであられた。さらに言えば、ご自分の研究を世に知らしめる能力、とりわけ文章力とプレゼン力がずば抜けておられました。それは例えば、研究から一歩はずれた学会の懇親会における洒脱なパフォーマンスを含めて、のお話でもあります。
ここに、レクチンの大家である大沢利昭先生が編まれ、1982 年に講談社から出版された「細胞認識と動物レクチン」という成書があります。この第一章は箱守先生が執筆され、糖脂質と糖タンパク質の細胞認識への関わりについて書かれていますが、その末尾に、当時筆者がとても魅了された文章があります。先生は、“New Yorker の世界地図”という戯画（「マンハッタン島が中央に大きく描かれ、ほかのアメリカ大陸もヨーロッパも、アジアも片隅に寄せられて描かれた」もの、とかかれていますが、残念ながら筆者は実物を知りません）を引き合いに出され、さらにご自分のことを堂々と「糖屋」を称しながら、（自分たちが成そうとしているサイエンスが）『もしかすると、“New Yorker の世界地図”に等しい「糖屋」の戯画であることを恐れる』と語られました。先生が最もエネルギッシュであったご壮年期、いかにも気宇壮大、かつ科学者として真摯であろうとするお姿が見えるようです。この部分、ときどき読み返しながら筆者は先生の声を聴きます。筆者の拙い解釈ではありますが、つまり一言でいえば、「視野を広くおもちなさい」ということなのだろうな、と。
追記
本来ならば、本文中でご紹介したそれぞれの研究に貢献された先生方のお名前も併せて記載するべきところですが、紙面の関係上ここでは省略させていただきました。
失礼の段、お許し下さい。
引用文献
1) Masamune H, Hakomori S (1952). Paper partition chromatography of lipid components. J
Biochem 39: 5.

82) Nakamura Y, Miyata Y, Matsuo T, Shida Y, Hakariya T, Ohba K, Taima T, Ito A, Suda T,
Hakomori S, Saito S, Sakai H (2019). Stage-specific embryonic antigen-4 is a histologicalmarker reflecting themalignant behavior of prostate cancer. Glycoconj J 36(5): 409-418.
3) Hakomori S, Kawauchi H, Ishimoda T (1961). Changes of hexose and hexosamine ratio, andthe degree of branching in rat urine glycoprotein during cancer development. Nature 190: 265266.
4) Hakomori S (1964). A rapid permethylation of glycolipid and polysaccharide as catalyzed bymethylsulfinylcarbanion in dimethyl sulfoxide. J Biochem 55: 205-208.
5) Hakomori S, Murakami WT (1968). Glycolipids of hamster fibroblasts and derived
malignant-transformed cell lines. Proc Natl Acad Sci USA 59: 254-261.
6) Hakomori S, Teather C, Andrews H (1968). Organizational difference of cell surface"hematoside" in normal and virally transformed cells. Biochem Biophys Res Comm 33: 563568.
7) Gahmberg CG, Hakomori S (1975). Surface carbohydrates of hamster fibroblasts. I.
Chemical characterization of surface-labeled glycosphingolipids and a specific ceramide
tetrasaccharide for transformants. J Biol Chem 250: 2438-2446.
8) Gahmberg CG, Hakomori S (1973). Altered growth behavior of malignant cells associatedwith changes in externally labeled glycoprotein and glycolipid. Proc Natl Acad Sci USA 70:
3329-3333.
9) Novel fucolipids accumulating in human adenocarcinoma: II. Selective isolation of
hybridoma antibodies that differentially recognize mono-, di-, and trifucosylated type 2 chain. J
Biol Chem 259: 4681-4685.
10) Yamamoto F, Clausen H, White T, Marken J, Hakomori S (1990). Molecular genetic basisof the histo-blood group ABO system. Nature 345: 229-233.
11) Phillips ML, Nudelman E, Gaeta FCA, Perez M, Singhal AK, Hakomori S, Paulson JC(1990). ELAM-1 mediates cell adhesion by recognition of a carbohydrate ligand, sialyl-Lex.
Science 250: 1130-1132.
12) Yoon S, Nakayama K, Hikita T, Handa K, Hakomori S (2006). Epidermal growth factor
receptortyrosine kinase is modulated by GM3 interaction with N-linked GlcNAc termini of thereceptor. Proc Natl Acad Sci USA 103(50): 18987-18991.
13) Eggens I, Fenderson B, Toyokuni T, Dean B, Stroud M, Hakomori S (1989). Specificinteraction between Lex and Lex determinants: A possible basis for cell recognition inpreimplantation embryos and in embryonal carcinoma cells. J Biol Chem 264: 9476-9484.

914) Kojima N, Hakomori S (1991). Synergistic effect of two cell recognition systems:
Glycosphingolipidglycosphingolipid interaction and integrin receptor interaction with
pericellular matrix protein. Glycobiology 1: 623-630.
15)箱守仙一郎、永井克孝、鈴木明身、平林義雄、小堤保則、五十嵐靖之（2002）マイクロドメイン研究の流れと将来（座談会）、蛋白質 核酸 酵素、47，299-314.
16) Hakomori S (2002). The glycosynapse. Proc Natl Acad Sci USA 99(1): 225-232.
17) Guan F, Handa K, Hakomori S (2009). Specific glycosphingolipids mediate epithelial-tomesenchymal transition of human and mouse epithelial cell lines. Proc Natl Acad Sci USA
106(18): 7461-7466.
18) Liang YJ, Ding Y, Levery SB, Lobaton M, Handa K, Hakomori S (2013). Differential
expression profiles of glycosphingolipids in human breast cancer stem cells vs. cancer non-stem
cells. Proc Natl Acad Sci USA 110(13): 4968-4973.

ご略歴
昭和 4 年(1929 年)2 月 13 日

仙台にて誕生昭和 25 年(1950 年)3 月

東北大学医学専門部卒業

昭和 27 年(1952 年)3 月

東北大学医学部 助手（医化学）昭和 31 年(1956 年)6 月

フルブライト留学生（ハーバード大学留学）

昭和 32 年(1957 年)12 月 東北大学医学部 助教授（医化学）昭和 34 年(1959 年)10 月 東北薬科大学薬学部 教授（癌研究所第一部）(～昭和 38 年(1963 年)8 月 31 日まで)
昭和 38 年(1963 年)7 月

米国ハーバード大学準教授

昭和 41 年(1966 年)7 月

米国ブランダイス大学生化学部教授

昭和 41 年(1966 年)12 月 米国ワシントン大学公衆衛生学部教授

10昭和 45 年(1970 年)8 月

米国ワシントン大学医学部 終身制教授

昭和 50 年(1975 年)6 月

フレッド・ハッチンソン癌研究所生化学部・部長 兼任

昭和 51 年(1976 年)4 月

東北薬科大学附属癌研究所指導教授

昭和 61 年(1986 年)9 月

バイオメンブレン研究所所長 兼任

平成 8 年 (1996 年)

パシフィック・ノースウエスト研究所
生体膜研究部門長 兼任

平成 12 年(2000 年)

米国科学アカデミー 正会員

平成 17 年(2005 年)

米国ワシントン大学 名誉教授

平成 18 年(2006 年)4 月

東北薬科大学附属分子生体膜研究所顧問及び指導教授

平成 26 年(2014 年)1 月

東北薬科大学附属分子生体膜研究所 名誉所長

受賞歴
昭和 59 年(1984 年)3 月 米国病理学会 フィリップ・レヴィン賞
昭和 61 年(1986 年)7 月 国立医学・衛生研究所（NIH）より
Outstanding Investigator Award
昭和 61 年(1986 年)9 月 米国・公衆衛生 National Merit Award
平成 2 年 (1990 年)5 月 フィンランド科学学士院名誉会員
平成 3 年 (1991 年)1 月 朝日賞
平成 3 年 (1991 年)5 月 イギリス・生化学会 モルトン賞 (Morton Award)
平成 4 年 (1992 年)1 月 日本癌学会 名誉会員
平成 5 年 (1993 年)2 月 第 2 回 Outstanding Investigator Award
平成 6 年 (1994 年)6 月 ヘルシンキ大学名誉博士
平成 7 年 (1995 年)8 月 カール・マイヤー賞
平成 23 年 (2011 年)

ロザリンド・コーンフェルド賞

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第 14 回東北糖鎖研究会 Web 開催の報告
2020 年度の第 14 回東北糖鎖研究会は、東が世話人代表となり当研究室の黒田助教が運営を担当して行いました。
当初 8 月 28 日午後から 29 日午前の開催を予定していましたが、新型コロナ流行のため例年どおりの開催は難しいと考えられたので、井ノ口会長と相談の結果、Zoom を用いたオンライン開催とすることにしました。この Zoom 会議は、8 月 29 日（土）に開催しました。オンライン開催は初めてのことなので、会の順調な運営・進行が心配されましたが、お陰様で、参加者 60 名と例年並の規模で無事盛会のうちに終了することができました。
通常の研究集会では一般講演、ポスター発表に加え、糖質科学の分野で多数の業績を持つ研究者を招いた招待講演を行っていますが、今回はパソコンのモニターを注視する時間を削減すべく、一般講演と箱守仙一郎賞受賞講演のみのオンラインリアルタ
イム配信とし、ポスターについては、発表動画のオンデマンド配信にしました。
以下のようなスケジュールで行いました。
一般講演、箱守仙一郎賞受賞講演の動画配信
2020 年 8 月 29 日（土）9:30〜12:45
ポスター発表動画視聴期間
2020 年 8 月 27 日（木）9:00〜2020 年 8 月 29 日（土）21:00
通信のトラブルなどを回避するため、各講演は事前に動画として登録してもらい、東北医科薬科大学のサーバーからそれらを配信しました。質疑応答は、リアルタイムのチャットで行ってもらいました。
ポスター発表については、プレゼンテーション動画（10 分程度）を開催日の 2 日程
度前からオンデマンド配信しました。したがって、例年行っているショートプレゼン
テーションは省略しました。
抄録集は、事前に各世話人（研究室の必要分）、顧問の先生方と関係者（広告主等）に送付しました。
また、「みちのくポスター賞」は例年どおり審査し、優秀な発表をおこなった学部学
生、大学院生を表彰しました。本会を通じて、コロナ禍により発表の機会が少なくなった学生や若手の研究者に発表の経験を積ませることができ、糖鎖科学研究を志す研究者の育成の一助になったと自負しております。

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事前の準備、特に資金援助については世話人である分子生体膜研究所の諸先生方にお世話になりました。お陰様で、例年後援いただいている公益財団法人・水谷糖質科学振興財団と 5 社の協賛をいただくことができました。
例年のような懇親会もできませんし会場費もかからなかったため、黒字を計上することができました。
Zoom 会議とした講演の参加者は、60 名、ポスター当たりの視聴回数は 42.3 回と例年に劣らない盛況となりました。交通費がかからず、プレゼンテーションが見やすいなど Web 会議の利点を改めて実感しましたが、参加者間の交流という面では物足りなかったかと思われます。第 15 回の研究会は岩手医科大学において通常どおりに開催される予定ですが、より良い交流の場となることを祈っています。

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東北医科薬科大学分子生体膜研究所「箱守仙一郎賞」（Sen-itiroh Hakomori Glycoscience Award）規約

令和 2 年 4 月
東北医科薬科大学分子生体膜研究所
顧 建国
名称

箱守仙一郎賞

授与機関

東北医科薬科大学分子生体膜研究所

目的

生物系化学系を問わず広く糖鎖科学を専攻し、日夜努力を続けている
東北エリアの研究者を顕彰することにより、日本の糖鎖科学研究の増
進を図る。

賞の種別

奨励賞
1~２名 顕彰楯および副賞
優秀論文賞 1~２名 顕彰楯および副賞

対象（１）奨励賞：東北エリア（新潟県および群馬県を含む）で研究に従事する応募時 45 歳までの研究者（２）優秀論文賞：同地域で研究に従事し，申請時点で大学院生もしくは博士研究員である者＊ いずれも指定された期間内(各年度内)に発表（accepted でも可）された学術原著論文に対して審査・授与する。

選考方法

自薦および他薦によるものとし、東北糖鎖研究会世話人が審査する。
評価を点数化（次項参照）して決する。

授賞方法

東北糖鎖研究会開催時に授賞および受賞講演を行う。

運用方法

顕彰楯および副賞の購入費は、箱守賞基金を原資とし、分子生体膜研究所がこれを支弁する。

その他

事務局は分子生体膜研究所内に置く。

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応募と審査方法（１）応募資格および応募方法
東北 6 県、新潟県および群馬県（東北糖鎖研究会エリア）で研究を行っている 45 歳以
下の糖鎖科学研究者（大学院生、博士研究員は自動的に優秀論文賞へのノミネートとなる）。対象論文は、その年度内に Impact factor が付与されている英文学術雑誌（査読有）に出版、または掲載が決定されている原著論文（accepted でも可）とし、応募者が筆頭著者となっているものとする。要旨和訳と論文 PDF を添えて既定のエントリーフォームに記入してメールにて応募する。化学系・生物系は問わない。自薦および他薦どちらでも受け付ける。応募期間等についてはその都度決定し、周知する。
書類送付先：東北医科薬科大学 分子生体膜研究所 所長 顧 建国
メールアドレス：jgu@tohoku-mpu.ac.jp； 応募締め切り：5 月 31 日
（２）エントリーフォーム（別添）（３）審査委員および審査方法
１）分子生体膜研究所所長が審査員長を務める。
２）東北糖鎖研究会世話人が審査員となる。ただし、世話人が推薦者または自薦者の所属責任者あるいは論文の共著者である場合は審査に参加しない。
３）期限内に提出された論文について事務局が一次審査（下記基礎点と推薦者の評価点の合計による）を行い、奨励賞および優秀論文賞それぞれ上位３報を選定する。
４）上位３報について審査員が下記評価項目を採点し、全員（その都度人数は異なる）の評価平均点＋基礎点＋推薦者の評価点から上位者を受賞者として決定する。
５）最高点が複数出た場合は審査員長の判断に委ねる。
基礎点
Impact factor (IF):IF× 5 点

推薦者（自薦または他薦）の評価点（推薦書に記入、最高点 10 点）
共同研究者の貢献を考慮し、以下の項目を参考して該当研究に対する応募者の貢献度を客観的にみて公正に評価する。
１） 研究の考案（最高点 2 点）
２） 実験の実行（最高点 5 点）
３） 論文作成（最高点 3 点）
評価最高点
独創性
インパクト（重要性）
論文構成
将来性

10 点
10 点
10 点
10 点

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第４回箱守仙一郎賞（2019 年度）

奨励賞：ガングリオシドのアシル鎖構造による TLR4 制御メカニズム
Acyl-chain structures of ganglioside regulate TLR4 signaling
狩野裕考（東北医科薬科大学・分子生体膜研究所・機能病態分子学）

私たちの研究室では、シアル酸を含む糖鎖とセラミドから構成されるスフィンゴ糖
脂質：ガングリオシド GM3 による慢性炎症・糖尿病発症メカニズムをこれまでに明らかにしてきた。本研究では、ヒト血清およびマウス脂肪組織に含まれるガングリオシ
ド GM3 が、どのように自然免疫応答を制御するのかについて焦点を当てた。その結果、単球・マクロファージ細胞に対する炎症促進性 GM3 分子種と炎症抑制性 GM3 分
子種が存在することを見出した（EMBO J. 39: e101732, 2020）。GM3 分子種の生理活
性は、セラミド構造中のアシル鎖の鎖長、飽和度、水酸化修飾によって制御され、炎症促進性 GM3 分子種は極長鎖飽和アシル鎖をもち、一部は α 位の水酸化（C22:0,
C24:0, hC24:0）を受けた分子種であった。一方、炎症抑制性 GM3 分子種は、長鎖または不飽和アシル鎖（16:0, 18:0, 24:1）をもつ分子種であった。GM3 分子種による炎症反応の促進と抑制は、グラム陰性菌に由来する LPS や、内因性の HMGB1 といった
TLR4 リガンドによる刺激に対して選択的に生じた。このことから、GM3 は TLR4 を標的とした内因性モジュレーターであると考えられた。
相互作用解析や計算シミュレーションの結果からは、GM3 が TLR4 に直接結合する可能性が得られた。その結果によれば、結合様式がアシル鎖構造によって変化するため、GM3 が TLR4 を正と負に制御できるものと推察された。ヒト血清中では、メタボ
リックシンドロームを発症するまでの過程において、すでに炎症促進性 GM3 分子種の増加と炎症抑制性 GM3 分子種の減少が認められた。加えて、レプチン欠損マウスおよび高脂肪食負荷マウスの内蔵脂肪組織において、炎症促進性 GM3 分子種の増加が認められた。これらの結果から、肥満に伴う GM3 のアシル鎖構造変化によって慢性炎症や疾患発症が惹起されるという、新たな分子病態像が示唆された。
今後、全身を循環する血清 GM3 分子種の発現変動パターンと、TLR4 を介する多様な疾患との関連が明らかになれば、慢性炎症性疾患の新しい診断・治療法の開発につながっていくものと期待される。
参考文献：
H. Kanoh, T. Nitta, S. Go, KI. Inamori, L. Veillon, W. Nihei, M. Fujii, K. Kabayama, A.
Shimoyama, K. Fukase, U. Ohto, T. Shimizu, T. Watanabe, H. Shindo, S. Aoki, K. Sato, M.
Nagasaki, Y. Yatomi, N. Komura, H Ando, H. Ishida, M. Kiso, Y. Natori, Y. Yoshimura, A.
Zonca, A. Cattaneo, M. Letizia, M. Ciampa, L. Mauri, A. Prinetti, S. Sonnino, A. Suzuki, JI.

16

Inokuchi. “Homeostatic and pathogenic roles of GM3 ganglioside molecular species in TLR4
signaling in obesity.” The EMBO journal 39: e101732 (2020)
経歴：
2008 年： 北海道大学 薬学部 総合薬学科 卒業
2010 年： 北海道大学 大学院生命科学院 構造生物学分野 博士前期課程 修了（溶液 NMR 法および単結晶 X 線回折法による Toll-like receptor シグナル伝達タンパク質の立体構造解析に従事）2015 年： 東北大学 大学院薬学研究科 生命機能解析学分野 博士後期課程 修了（ゲノムワイド RNAi スクリーニングによるショウジョウバエ Toll 受容体の新規シグナル伝達因子の網羅的同定と生理学的機能の解析に従事）2015 年： 東北薬科大学 分子生体膜研究所 リサーチアソシエイト・博士研究員
2017 年： 東北医科薬科大学 分子生体膜研究所 機能病態分子学教室 助手
2019 年 〜 現在： 同 助教
（慢性炎症・メタボリックシンドロームにおけるスフィンゴ糖脂質の新規生理活性の探索と病態生理学的機能の解析に従事）
受賞の御礼ならびに抱負：
この度は、箱守仙一郎賞奨励賞を賜りまして、東北糖鎖研究会ならびに東北医科薬科大学・分子生体膜研究所の関係者の皆様、東北医科薬科大学・機能病態分子学教室の皆様に心より御礼申し上げます。また、本研究へのご参画・ご支援を賜りました、
大阪大学理学研究科・天然物有機化学研究室、東京大学・薬学系研究科・蛋白構造生物学教室、東北医科薬科大学・薬学部・医薬情報学教室、東京大学・医学系研究科・内科学専攻 病態診断医学講座 臨床病態検査医学分野、岐阜大学・応用生物科学部・
生理活性物質学研究室、東北医科薬科大学・薬学部・分子薬化学教室、ミラノ大学・医学部をはじめとする、多くの先生方に心より御礼申し上げます。
自然免疫は、植物、昆虫、マウスやヒトなどの哺乳動物に至るまでの幅広い生物種において、進化的に獲得・保存された生態防御機構です。体外から侵入する数多くの病原体や異物、そして、体内で生じる代謝・傷害・老化産物の分子構造パターンを、最低限の遺伝子数の受容体をもって認識し、恒常性維持のためのフィードバックシグ
ナルを発すること、これが自然免疫系の機能のひとつです。自然免疫系には、生物種を大きく超えてなお共通した制御機序が備わっており、モデル生物を用いた研究や、構造生物学による普遍原理の探究が威力を発揮してきました。一方で、進化的な制約の中で、個々の生物種の生活環境や栄養応答性、病原体暴露の量的・質的変化に対応した、生物種固有のモジュレーション機構が備わっていることも、最近の研究から見えてきました。このような一種の最適化メカニズムは、受容体遺伝子の有無や重複だ
けでなく、進化的に変動が大きい糖鎖、脂質、糖脂質の分子種発現パターンや代謝経路の組み合わせによって構築されていることを、今回の発見は示唆しています。分子17

機構の進化的普遍性と独自性の両面からアプローチすることで、僅かながらも自然免疫研究の発展に貢献したいと考えています。今後とも、ご指導ご鞭撻のほど、何卒よ
ろしくお願い申し上げます。

優秀論文賞：Deficiency of core fucosylation activates cellular signaling dependent on FLT3
expression in a Ba/F3 cell system. Duan, C., Fukuda, T., Isaji, T., Qi, F., Yang, J., Wang, Y.,
Takahashi, S. and Gu, J. FASEB J., 34: 3239-3252. 2020
段

程偉（Duan Chengwei、東北医科薬科大学・分子生体膜研究所・細胞制御学）

論文要旨：
Fms-Like Tyrosine Kinase 3（FLT3） はクラス III 受容体チロシンキナーゼファミリーのメンバーに属する糖タンパク質で、急性骨髄性白血病（AML）患者の約 3 分の 1 に活性化変異が認められる。FLT3 は FLT3 リガンドの結合により、二量体化・自己リン酸化が生じるが、活性化変異ではリガンド非存在下でも恒常的に活性化される。細胞は病的状態に陥ると、正常とは異なった糖鎖構造を生合成することが知られているので、本研究では FLT3 の細胞外ドメインに付加された N-型糖鎖に焦点を当てた解析を行った。
FLT3 の野生型（WT）における N-型糖鎖の構造は患者に良く見られた膜貫通部位にタ
ンデム重複挿入（ITD）とチロシンキナーゼドメイン（TKD）の活性化変異体の糖鎖と比較して、大きく異なることが見出された。また、興味深いことに、IL-3 依存性造血前駆細胞である Pro-B 細胞株 Ba/F3 細胞に WT または変異体 FLT3 遺伝子を導入したとこ
ろ、細胞のコアフコシル化を大きく誘導した。 FLT3 を介したシグナル伝達におけるコ
アフコシル化の機能を解明するために、CRISPR/Cas9 システムを使用して、コアフコシ
ル化酵素である Fut8 を欠損させた Ba/F3 細胞を確立した。驚くべきことに、Fut8 欠損
させた造血前駆細胞では、IL-3 非依存的に細胞増殖が認められた。Fut8 を発現する通常の Ba/F3 では、増殖に IL-3 が必要であることから、コアフコシル化が細胞の増殖を制御していることが実験的に示された。Fut8 欠損細胞に発現させた野生型 FLT-3(FLT3WT)は、下流である STAT5、AKT および ERK シグナル伝達経路を活性化させ、細胞のチロシンリン酸化レベルを大幅に増加させた。これらの活性化は、Fut8 の発現を回復させることで消失した。さらに、チロシンキナーゼ阻害剤を添加したところ、Fut8 欠損またはフコシル化阻害剤によって誘導される細胞増殖が阻害された。そこで、FLT3 リガ
ンド非存在下でも FLT3 が二量体化・自己リン酸化にできるか検討したところ、Fut8 欠損細胞ではリガンド刺激なしで FLT3 のダイマー形成が誘導されていることを明らかにした。本研究は、コアフコシル化が FLT3 の活性化の調節機能に深くかかわっていることを示した。この知見は急 性 骨 髄 性 白 血 病 の治療に有効な薬剤の開発に価値ある方向性を示すものであり、意義のある研究である。

18

受賞の御礼ならびに抱負：
Amazing and happiness that is my feeling when I got the message from Prof. Gu that I
received the Sen-itiroh Hakomori glycoscience award. It is a great honor for me to receive theaward, which suggests an affirmation of my doctor career and encouragement of the following
research job. The most important thing should be said three times. Thanks for Prof. Hakomori!
Thanks for Tohoku medical and pharmaceutical university! Thanks for Prof. Gu!
First of all, I would like to express my sincere appreciation to Prof. Hakomori as well asother prize committee members. Prof. Hakomori is an outstanding scientist in the field of
glycobiology. As a student, I was very lucky to listen to his academic report and admire his
research spirit although he already more than eighty years old. Recently, it is regret and sad tohear his left when reading the paper “Professor Sen-itiroh Hakomori (1929-2020): A tribute to aremarkable glycobiologist, mentor and friend!”. Thanks for his contribution to the glycobiology
field and his spirit will always encourage me to learn and explore.
As time goes by, I am still nostalgic for doctoral life! The inspired steering and enlightened
counseling of Prof. Gu, selfless assistance of Dr. Tomohiko Fukuda, patient explanation of Dr.
Tomoya Isaji, kind concern and aid of Ms. Yan Hao as well as many bits of help from otherlaboratory members. I miss those beautiful scenes.
Now, I was already graduated from Tohoku medical and pharmaceutical university andstarted adapting the society. I worked in the clinical medical research center of affiliatedhospital 2 of Nantong University and still performed basic research about glycobiology. I will
try my best to introduce the importance of glycans to more and more students, researchers, andclinical doctors.

19

研究報告
＜生体膜情報学部門＞
教授

東 秀好

助教

黒田

喜幸
生体膜情報学最終年度の報告

2006 年に分子生体膜研究所発足とともにスタートした生体膜情報学研究室は本年度が最後となった。当初は、糖鎖によるブラジキニン受容体活性化を介した神経細胞分化（突起伸展）機構の研究を行った。これは、東が三菱化学生命科学研究所時代に見出したガングリオシドや N-アセチルガラクトサミンを非還元末端にもつ糖鎖による神経細胞分化が CaMKII や PKA を介した cdc42 活性化によるという知見に端を発していた[1]。糖鎖による神経細胞分化は、ブラジキニン B2 受容体アンタゴニストで阻害されたので、外来性の糖鎖は B2 受容体に作用しているという結論である[2]。コンドロ
イチン硫酸も B2 受容体に作用して神経細胞分化を制御しているという結果も得ているのだが、まだ論文化していない。
東日本大震災を挟んだ時期に非神経系の細胞に対してガングリオシドやコンドロイ
チン硫酸がどのように振る舞うかを調べたところ、神経細胞とは異なり、B2 受容体を不応化することがわかった[3]。その後、B2 受容体が不応化された細胞では ATP 受容体の P2Y2 も不応化されていることを見出した[4]。この現象を詳しく調べたところ、
B2 受容体と P2Y2 受容体の間にはシグナルクロストークがあり、どちらか一方の刺激でもう一方にもアレスチンが付いて両者が不応化、さらには内在化 (endocytosis)されることがわかった。さらに、P2Y2 受容体は脂質ラフト画分に局在し、B2 受容体は小胞体滞在時から P2Y2 受容体によりラフト画分に引き込まれることを明らかにした[5,6]。
このような B2 受容体と P2Y2 受容体の連携は両者のヘテロオリゴマー形成によるものと考えているが、P2Y2 受容体はジスルフィド架橋によってホモダイマーも形成する
ことを見出した[7]。GPCR のホモダイマーやヘテロオリゴマー形成については当時か
らいくつか報告されており、その後も新たな報告が続いている。このような GPCR の性質は、GPCR 研究をますます複雑化させている。
先述の神経細胞に活性を示すガングリオシドは GT1b をはじめとする b-シリーズガングリオシドだったので、このガングリオシドが痛みに関わるかどうかを調べた。皮下に投与すると GT1b など b-シリーズガングリオシドは確かに痛みを生じさせたり、痛みを増強する効果も有していたが、その機構は B2 受容体系ではなく、グルタミン酸を皮下に蓄積させることであることを明らかにした[8]。この効果は b-シリーズガン
グリオシドに特異的で a-シリーズガングリオシドにはそのような効果はなく、実際、

20

皮下にシアリダーゼを投与すると鎮痛効果が認められた。
本年度は、アンジオテンシン II 受容体 AT1 の制御機構とアドレナリン β2 受容体(β2AR)シグナルによるヒアルロン酸合成促進、肥満関連 GPCR である GPRC5B の機能について新たな知見を得た。
AT1 受容体は、B2 受容体とのヘテロオリゴマー形成が知られており、その活性化、不応化、内在化において B2 受容体が共存する必要がある。AT1 受容体は圧力センサ
ーとしても働いており、特に妊娠中毒症では成長する胎児の圧力により活性化されて血圧を上げる機構が示されている。さらに、脊髄の疼痛伝達に関与することが本学薬学科の薬理学教室から報告されている。後者の研究では ATII の ACE2 による分解産物である AT(1-7)とその受容体である Mas 受容体が、AT1 受容体による疼痛反応を抑制することが示されている。Mas 受容体は AT1 受容体とヘテロダイマーを形成するという報告があったので、Mas 受容体活性化により AT1 受容体が不応化されるかどうかを調べた。Mas 受容体と AT1 受容体を共発現させ、AT(1-7)で刺激すると AT1 受容体にアレスチンがリクルートされる不応化が認められた。さらには、Mas 受容体を共発現させるだけで ATII による Gαq 系の活性化は抑制されていた（東, 黒田, 投稿準備中）。
一方、アドレナリン β2 受容体 (β2AR)をアゴニストで活性化すると AT1 受容体にアレスチンがリクルートされて不応化された。興奮すると、痛みを忘れるという現象を説明できるのではないか。ただし、Mas 受容体とは異なり、β2AR の共発現だけではATII による Gαq 系の活性化には影響しなかった（東, 黒田, 投稿準備中）。
β2AR の活性化は、ヒアルロン酸合成酵素の HAS2 の遺伝子発現を増強する効果を有することを見出した。ヒアルロン酸の長鎖化を促進することでガン細胞の増殖や傷の治癒といったヒアルロン酸が関与する反応を増強すると考えられる（黒田, 東, 投稿準備中）。
肥満関連 GPCR である GPRC5B はいまだリガンドが特定できていないが、インスリ
ノーマ細胞株である MIN6 細胞に GPRC5B を発現すると、グルコース刺激なしでもイ
ンスリンの分泌量が増加することを見出した（黒田, 東, 投稿準備中）。GPRC5B 発現させると、MIN6 細胞の細胞内カルシウムイオン濃度が高く保たれていたので、その結果インスリンの分泌量が増加していたと考えられる。GPRC5B-/-マウスは空腹時の血糖値、および、血中インスリン濃度が GPRC5B+/+マウスより低いことを説明できる結果である。GPRC5B の機能の 1 つは、インスリンの基礎分泌による血糖値の保持であると考えられる。
References
1.

Higashi, H. & Chen, N. H. (2004) Ganglioside/protein kinase signals triggering cytoskeletal
actin reorganization, Glycoconj J. 20, 49-58.

21

2.

Kanatsu, Y., Chen, N. H., Mitoma, J., Nakagawa, T., Hirabayashi, Y. & Higashi, H. (2012)
Gangliosides stimulate bradykinin B2 receptors to promote calmodulin kinase II-mediatedneuronal differentiation, J Biochem, Tokyo. 152, 63-72.

3. Shimazaki, A., Nakagawa, T., Mitoma, J. & Higashi, H. (2012) Gangliosides andchondroitin sulfate desensitize and internalize B2 bradykinin receptors, Biochem Biophys
Res Commun. 420, 193-198.
4.

Yashima, S., Shimazaki, A., Mitoma, J., Nakagawa, T., Abe, M., Yamada, H. & Higashi,
H. (2015) Close association of B2 bradykinin receptors with P2Y2 ATP receptors, J
Biochem, Tokyo. 158, 155-63.

5.

Nakagawa, T., Takahashi, C., Matsuzaki, H., Takeyama, S., Sato, S., Sato, A., Kuroda, Y.
& Higashi, H. (2017) N-glycan-dependent cell-surface expression of the P2Y2 receptor andN-glycan-independent distribution to lipid rafts, Biochem Biophys Res Commun. 485, 427431.

6.

Nakagawa, T., Takahashi, C., Matsuzaki, H., Kuroda, Y. & Higashi, H. (2018) Regulationof membrane raft recruitment of the bradykinin B2 receptor by close association with the
ATP/UTP receptor P2Y2, Biochem Biophys Res Commun. 505, 36-39.

7.

Abe, M., Watanabe, K., Kuroda, Y., Nakagawa, T. & Higashi, H. (2018) Homodimer
formation by the ATP/UTP receptor P2Y2 via disulfide bridges, J Biochem, Tokyo. 163, 475480.

8.

Watanabe, S., Tan-No, K., Tadano, T. & Higashi, H. (2011) Intraplantar injection of
gangliosides produces nociceptive behavior and hyperalgesia via a glutamate signalingmechanism, Pain. 152, 327-34.

22

＜機能病態分子部門＞
特任教授

井ノ口仁一

准教授

稲森啓一郎

講師

永福正和

助教

狩野裕考

博士研究員 新田昂大
自然免疫におけるガングリオシド GM3 の役割
近年，スフィンゴ糖脂質を介した自然免疫応答の活性化・調節機構が急速に明らかとなりつつある．セラミドへのグルコース付加によって生じるGlcCerは，抗原提示細胞である樹状細胞において，C型レクチン受容体の一つであるMincleの活性化を引き起こす．Mincleは，肥満時の脂肪組織で発現量が増加しており，さらにMincle KOマウス
では，メタボリックシンドロームの症状が緩和されることもわかってきている．続いて，GlcCerへのガラクトース付加で生成するLacCerは，好中球における自然免疫応答に関与する．LacCerは，抗酸菌細胞壁の糖脂質リポアラビノマンナンの認識に関与
し，SrcファミリーチロシンキナーゼLynによるシグナル伝達を介して貪食後の食胞成
熟と殺菌機構の活性化に大きく寄与する．さらに，LacCerへのガラクトース，N-アセ
チルガラクトサミン付加で生じるグロボ系スフィンゴ糖脂質Gb3およびGb4は，血管内皮細胞やマクロファージにおけるTLR4活性化制御に関与することが報告されている．
脂肪細胞におけるGM3の発現は，組織マクロファージに由来する炎症性サイトカイン
TNF-α やIL-1β の刺激によって誘導される．肥満時には，脂肪組織へのマクロファー
ジ浸潤が生じ，炎症性サイトカイン産生による慢性炎症を介して，インスリン抵抗性を呈することがよく知られている．食欲抑制ホルモンであるレプチンの欠損によって肥満・メタボリックシンドロームを呈するob/obマウスや，高脂肪食によって誘導された肥満モデルマウスの脂肪組織ではマクロファージ浸潤・慢性炎症が生じるが，内臓脂肪組織におけるGM3の発現量とGM3S遺伝子（St3gal5）の発現を調べると，それらが大幅に亢進している．GM3などのスフィンゴ糖脂質は，細胞膜上で互いに集合した
クラスター，すなわち，脂質マイクロドメインと呼ばれるシグナル伝達プラットフォームを形成する3．我々は，GM3の異常な発現上昇によって，細胞膜上におけるインス
リン受容体の拡散速度が影響を受け，シグナル伝達効率が大きく制限されることでイ
ンスリン抵抗性を生じることを生細胞分子イメージング法によって示した．一方，
GlcCer合成酵素阻害薬であるD-PDMPやGenz-123346を用いてGM3の合成を阻害すると，脂肪細胞におけるインスリン抵抗性が解除される．興味深いのは，GM3S KOマウスにおいては，全身のインスリン感受性が改善するだけでなく，肥満による慢性炎症も大きく緩和されていることである．このことは，インスリン抵抗性よりも上流で，23

GM3を介した慢性炎症メカニズムが存在することを示唆している．メタボリックシン
ドロームに関連するTLR4リガンドには，肥満時に脂肪組織中の発現量や血清中への分泌量が増加する特徴があり，GM3もその特徴を満たしている．そこで，実際にGM3がTLR4を介して自然免疫応答を活性化する可能性を検討することにした．

図１ GM3 分子種の自然免疫および肥満などの慢性炎症性疾患への関与
ガングリオシド GM3 の分子種多様性。 (B) GM3 分子種のメタボリックシンドローム
発症過程における発現変化。(C) 極長鎖 GM3 分子種による TLR4 の活性化促進と長鎖GM3 分子種による抑制。 (D) GM3 分子種による TLR4 活性化および抑制作用の構造
活性相関。
GM3 には、異なるセラミド構造を持つ多様な分子種が存在する(図 1 A)．これらのGM3 分子種の血清中の発現パターンは，メタボリックシンドロームの発症過程で変動していた (図 1B)．これらの GM3 分子種の生理活性を検討したところ、極長鎖飽和・水酸化 GM3 分子種（C22:0,C24:0, hC24:0）は、LPS 刺激による TLR4 の活性化によるマクロファージからの TNFα や IL6 などの炎症性サイトカインの産生を著しく促進し24

(図 1C)、炎症反応を増大させた．一方，長鎖 GM3 分子種（16:0, 18:0, 20:0）および不飽和 GM3 分子種（24:1, h24:1）は，炎症反応を抑制した (図 1C)．さらに、長鎖・不飽和 GM3 分子種は炎症促進性 GM3 の作用をキャンセルした．これらのことから，肥満やメタボリックシンドローム発症初期においては、GM3 分子種の炎症促進性シフトに伴って慢性炎症が生じていると考えられた(図 1B, D)．計算シミュレーションの結果
からは、GM3 が TLR4 に直接結合している可能性が得られました．自然免疫に重要な役割を持っている TLR4 を介した慢性炎症は、多様な炎症性疾患やがんの発症にも深く関与しており、全身を循環する血清 GM3 分子種の発現変動パターンと，さまざまな疾患との関連性が明らかになれば、慢性炎症性疾患の新規診断・治療法の開発につながっていくものと期待さる（図 2）．

図 2 GM3 分子種にもとづく次世代の診断・治療法開発への発展性
血清中のガングリオシド GM3 の生理活性が判明したことにより、様々な医薬応用が期待できる。血清 GM3 の測定による病気の診断や、GM3 を応用した免疫抑制・活性化
医薬品の開発などが挙げられる。
＜発表論文＞
１．Kanoh, H., Takahiro Nitta, T., Go, S., Inamori, K., Veillon, L., Nihei, W., Fujii, M.,
Kabayama, K., Shimoyama, A., Fukase, K., Ohto, U., Shimizu, T., Watanabe, T., Shindo, H.,
Aoki, S., Sato, K., Nagasaki, M., Yatomi, Y., Komura, N., Ando, H., Ishida, H., Kiso, M.,
Natori, Y., Yoshimura, Y., Cattaneo, A., Letizia, M., Zonca, A., Ciampa, M., Mauri, M.,
Prinetti, A., Sonnino, S., Suzuki, A. and Inokuchi, J. (2020) Homeostatic and Pathogenic
Role of Ganglioside GM3 Molecular Species in TLR Signaling in Obesity. EMBO J 39:
e101732 2020
２. Kato Y., Arakawa, S., Terasawa, K., Inokuchi, J., Iwata, T., Shimizu, S., Watabe, T. andYokoyama, M-H. (2020) The ceramide analog N-(1-hydroxy-3-morpholino-1phenylpropan-2-yl) decaceramide induces large lipid droplet accumulation and highlights theeffect of LAMP-2 deficiency on lipid droplet degradation. Bioorganis & medicinal
chemistry letters DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126891

25

３. Inamori K. and InokuchiJ. (2020) Roles of Gangliosides in Hypothalamic Control of Energy
Balance: New Insights. International journal of molecular sciences
DOI: 10.3390/ijms21155349
４. 井ノ口仁一、稲森啓一郎、上村聡志、狩野裕考、新田昴大、二瓶弥、宍戸史、大野勲、鈴木明身 グライコリピドミクス 生化学 Vol.92, No.3, 323-335, 2020. DOI:
10.14952/SEIKAGAKU.2020.920323＜学会発表＞
・ 潰瘍性大腸炎におけるスフィンゴ糖脂質の発現変化
稲森啓一郎，小川仁，新田昴大，狩野裕考，遠藤克哉，佐藤賢一，中村保宏，柴田近，中川西修，丹野孝一，鈴木明身，井ノ口仁一
第 62 回日本脂質生化学会, 東京, 2020 年 5 月, 要旨集 120-121
・ レプチンによる腎スフィンゴ糖脂質の発現誘導
新田昂大、狩野裕考、稲森啓一郎、鈴木明身、赤井裕輝、森建文、
井ノ口仁一
第 62 回日本脂質生化学会, 東京, 2020 年 5 月, 要旨集 176-177
・レプチンによる腎スフィンゴ糖脂質の発現誘導
新田昂大, 狩野裕考, 稲森啓一郎, 鈴木明身, 井ノ口仁一 (東北医薬大・分生研・機能病態分子学)第 14 回東北東鎖研究会, zoom 会議, 2020 年 8 月, 要旨集 12-13
・Homeostatic and pathogenic roles of GM3 ganglioside molecular species in TLR4
signaling
Jin-ichi Inokuchi
GLYCOT 2020 June 20-23, 2020 WEB conference:https://www.glycot2020.com
・ 潰瘍性大腸炎におけるスフィンゴ糖脂質の発現変化
稲森啓一郎，小川仁，新田昴大，狩野裕考，遠藤克哉，佐藤賢一，中村保宏，柴田近，中川西修，丹野孝一，鈴木明身，井ノ口仁一
第 93 回日本生化学会大会, Web 開催, 2020 年 9 月, 要旨集 95
・Homeostatic and pathogenic roles of GM3 ganglioside
Jin-ichi Inokuchi
Sphingolipid Biology Oct. 5, WEB conference:https://www.sphingolipidbiology.com/sphingoleaders/jin-ichi-inokuchi

26

・GM3 ガングリオシド分子種による Toll 様受容体 4 シグナルの恒常性維持と破綻の
分子機構
狩野

裕考

第 14 回東北糖鎖研究会 2020 年 9 月
第 4 回箱守仙一郎賞 奨励賞受賞講演、要旨集 8-9
・ 潰瘍性大腸炎患者におけるスフィンゴ糖脂質の発現変化
稲森啓一郎，小川仁，新田昴大，狩野裕考，遠藤克哉，佐藤賢一，中村保宏，柴田近，中川西修，丹野孝一，鈴木明身，井ノ口仁一
第 39 回日本糖質学会年会, 東京, 2020 年 11 月, 要旨集
・ガングリオシドによる TLR4 シグナルの恒常性維持と破綻のメカニズムの解明
狩野裕考

第 42 回東北薬学セミナー 2020 年 12 月（日本薬学会東北支部）
令和２年度東北支部奨励賞受賞講演

27

＜分子認識部門＞
教授 細野雅祐
講師 菅原栄紀
講師 立田岳生
レクチンの抗腫瘍メカニズムの解明と糖脂質のかかわり
１）がん細胞における Gb3 発現の抗がん剤感受性に与える影響について
スフィンゴ糖脂質の一種であるグロボトリアオシルセラミド（Gb3）は，ラクトシルセ
ラミドを基質として α1,4-ガラクトース転移酵素（A4GALT）により合成される．最近，
Gb3 が高度に蓄積しているファブリー病モデルマウスにおいて，アポトース関連分子の発現が増加しているとの報告がなされた．本年度は，Gb3 発現細胞として HeLa および
A4GALT 強制発現 K562 (Gb3-K562)，Gb3 非発現細胞として A4GALT 欠損 HeLa (∆Gb3HeLa)および K562 を用い，これらの細胞における Gb3 発現の抗がん剤感受性に対する影響について検討した．HeLa および ∆Gb3-HeLa をビンクリスチン (6.25 ng/mL) およびシスプラチン (4 µM) で 48 時間処理した結果, ∆Gb3-HeLa に対して HeLa の生存率はそれぞれ約 23% および約 25% 低下した．一方，K562 および Gb3-K562 では，ビンクリスチン(200 ng/mL)およびシスプラチン（25 µM）で 48 時間処理することにより，Gb3-K562 の生存率の方が K562 より約 19% および約 20% 低下した．また, ビンクリスチンおよびシス
プラチン処理によるアポトーシス細胞の割合は Gb3 を発現している HeLa および Gb3K562 の方が高いという結果が得られた. さらに, これらの抗がん剤はミトコンドリア経路
を介したアポトーシスを誘導することから, この経路にかかわる Bcl-2，BcL-xL，Bax，Bim, AIF および Apaf-1 に着目し，HeLa および ∆Gb3-HeLa における遺伝子発現量を調べた. その結果, アポトーシス抑制因子である Bcl-2 の発現は ∆Gb3-HeLa で約 40% 高く, ア
ポトーシス促進因子である AIF および Apaf-1 の発現量は約 30 から 40% 低かった. これ
らの結果から，Gb3 を発現しているがん細胞では，内因性アポトーシス制御分子の発現が変化し，抗がん剤感受性が増加する可能性が示唆された．Gb3 は細胞内膜系および細胞膜に存在することから，今後，抗がん剤感受性に直接関与する Gb3 分子の局在について詳細に検討していく．
２）がん細胞におけるナマズ卵レクチンの細胞内局在部位について
ナマズ卵レクチン（SAL）は，Gb3 の糖鎖に結合することを報告しているが，結合後の SAL の輸送形態および増殖抑制に関わる機能発現メカニズムについて検討している．昨年度，蛍光標識 SAL（HL-SAL）を用いた実験により，SAL はバーキットリン
パ腫細胞株 Raji 細胞内へ取り込まれるが，この取り込みは，脂質ラフト介在型エンド
サイトーシス阻害剤であるメチル-β-シクロデキストリン（MβCD）で抑制されること28

を報告した．本年度は，エンドサイトーシス時に細胞膜から小胞体を分離する際に機能するダイナミンを阻害する Dyngo-4a およびクラスリン依存性エンドサイトーシス阻害剤 Pitstop2 を用い，より詳細な細胞内取り込み機構の解析を行った．その結果，
Dyngo-4a 処理により HL-SAL の取り込みが阻害された．一方，クラスリン依存性エン
ドサイトーシス阻害剤 Pitstop2 では HL-SAL の取り込みは抑制されなかった．また，
脂質ラフト介在型エンドサイトーシスには，カベオラの主要構成タンパク質であるカ
ベオリン-1 を必要とする経路が存在する．Raji におけるカベオリン-1 および 2 の発現を調べた結果，どちらも発現していないことが示された．さらに細胞内に取り込まれた後，SAL がどのような部位に局在するのかをゴルジ体に着目して検討した．ゴルジ体のマーカータンパク質に対する抗体を用いて SAL 処理 Raji におけるゴルジ体の局在を免疫染色法により調べた結果，HL-SAL はゴルジ体の染色像と同様の局在を示すことが分かった．これらの結果から，SAL は Gb3 に結合した後，カベオラ非依存性脂質
ラフトエンドサイトーシスにより細胞内に取り込まれた後，ゴルジ体に局在する可能性が示唆された（下図）．今後，取り込まれた SAL の細胞内部におけるさらに詳細な挙動および局在部位の解析を行い，SAL が Gb3 発現がん細胞に与える影響との関連を明らかにするとともに，SAL の細胞選択的キャリアーとしての可能性について検討していく．

３）ウシガエルのシアル酸結合レクチン（cSBL）は，レクチンおよびリボヌクレアーゼ活性を併せ持つ多機能タンパク質である．また，正常細胞への毒性が低く，多くの種類のがん細胞に対して高い抗腫瘍活性を発揮する．cSBL による RNA 分解

29は，アポトーシス誘導を実行するための重要なステップの 1 つであり，また抗がん剤の新規標的となりうる．しかし，cSBL がどのように抗腫瘍効果を発揮するのか，
そのメカニズムについては未だ不明な点が多い．本研究室では，昨年度までに cSBL
耐性 (cSR) 細胞を樹立した．本年度は，その抗腫瘍メカニズムをさらに解明するた
め，cSR 細胞の性状解析を行った。
cSBL に対して高感受性の悪性中皮腫細胞株である H28 細胞を使用し，細胞培養の際に低用量の cSBL を添加し，継続培養することにより，cSBL 耐性（cSR）
細胞を作製した．その後，限界希釈法により 5 つのクローンを得た．耐性度の高い
cSR 細胞クローン (cSR-A1，-B1）の細胞増殖，形態および化学療法剤感受性および cSR-B1 における cSBL 誘導アポトーシスの解析を，細胞数測定，顕微鏡下による観察および WST-8 アッセイならびにウェスタンブロットによるカスパーゼ 3 の活性化観察によりそれぞれ行った．その結果，細胞増殖および形態に関して，H28細胞と cSR 細胞の間に大きな差は認められなかった．cSR 細胞は他の抗腫瘍性RNase (オンコナーゼ : ONC) に対しては耐性を示す傾向にあったが，DNA 傷害型
薬剤であるドキソルビシンに対しては交差耐性を示さず，cSBL 誘導アポトーシス
においても大きな差は認められなかった．また，これまでにマイクロアレイ解析により cSR 細胞における発現変動のあった遺伝子（differentialy expressed
genes :DEGs）を多数検出しており，cSR における多面的な遺伝子発現変化が明らかになっている．cSR で発現が減少している DEGs に着目したところ，複数の Aldoketo reductase (AKR) ファミリー遺伝子が著しく低下していることが明らかになった(Table I)．がんとの関連が報告されている AKR1B10 に注目し，その発現がタンパ
ク質レベルでも顕著に低下していることを確認した (Fig. 1)．AKR ファミリーは，脂質，糖質その他の異物など，基質のカルボニル基を可逆的にアルコール基に還元する酵素である． AKR1B10 は，一部のがんで高発現することが報告されており，
その理由としてレチノイン酸代謝に関与し，その産生を低下させることでがん細胞の増殖および生存を促進することが知られている．また CDDP，Mitomycin C，アン
トラサイクリン系（DOX および Idarubicin）および Docetaxel などの抗がん剤に対するがん細胞の耐性化に関与していることが示唆されている．したがって
AKR1B10 は，がんのバイオマーカーとしてだけではなく，がん治療の新しい治療標的となる可能性がある．そこで，その発現低下作用を有する cSBL の機能は興味

30

深い．今回の知見をもとに，cSBL の抗腫瘍効果における新しい側面を明らかにし，新規の抗がん治療戦略への応用につなげていきたいと考えている．

Table 1. Gene expression changes of AKR family in cSR cells.
Gene symbol

Fold change1

AKR1B15-562.0AKR1B10-548.5

AKR1C1-54.0

AKR1C4-24.7

AKR1B1-11.4

AKR1C3-9.1

Fig. 1 AKR1B10 protein expression in H28 and cSR cells. AKR1B10 protein expression in
H28 and cSR cells. The expression of AKR1B10 in each cell line was detected by western
blotting. Densitometric quantification was performed using the results of three independent
experiments (mean ± SD). ***P < 0.001. cSR: bullfrog sialic acid-binding lectin-resistant;
SD: standard deviation

31

＜発表論文＞
1. Catfish egg lectin affects influx and efflux rates of sunitinib in human cervical carcinoma
HeLa cells. S. Sugawara, M. Takayanagi, S. Honda, T Tatsuta, Y. Fujii, Y. Ozeki, J. Ito, M.
Sato, M. Hosono, Glycobiology, 30, 802–816 (2020).
2. Bacterial Expression of Rhamnose-Binding Lectin from Catfish Eggs. S. Sugawara, T.
Tatsuta, M. Hosono, Methods in Molecular Biology 2132, “Lectin Purification andAnalysis”, pp359-367, Ed. by Jun Hirabayashi, Humana Press, Springer Nature, New York,
2020.
＜学会発表＞
・がん細胞におけるナマズ卵レクチンの細胞内局在部位について
菅原栄紀，八木橋佳章，立田岳生，細野 雅祐
第 14 回東北糖鎖研究会，仙台，2020 年 8 月，要旨集 p.3
・がん細胞における Gb3 の発現量が抗がん剤感受性に与える影響について
八木橋佳章，菅原栄紀，市山遙汰，立田岳生，細野 雅祐
第 59 回日本薬学会東北支部大会，いわき，2020 年 10 月，要旨集 p.43
・尿路上皮癌におけるシアリダーゼ Neu3 の役割
伊藤淳，立田岳生，黒本 暁人，菅原栄紀，細野 雅祐，佐藤 信
第 79 回日本癌学会学術総会，広島，2020 年 10 月，OJ14-11-5・ナマズ卵レクチンの取り込み受容体としての細胞膜 Gb3
菅原栄紀，八木橋佳章，立田岳生，細野 雅祐
第 39 回日本糖質学会年会，東京，2020 年 11 月，要旨集 p.123
・両生類由来シアル酸結合性レクチンの抗微生物活性
吉田史姫、福田百香、田中宏光、立田岳生、菅原栄紀、細野雅祐、藤井佑樹、
大関泰裕、小川由起子
第 141 回日本薬学会年会，広島，2021 年 3 月，要旨 28P01-125S・cSBL 耐性悪性中皮腫細胞の性状解析
立田岳生，中里ありす，菅原栄紀，細野 雅祐
第 141 回日本薬学会年会，広島，2021 年 3 月，要旨 28P02-18032

＜細胞制御学＞
教授

顧 建国

准教授 福田 友彦
講師

伊左治 知弥膵がんにおける FUT8 発現の意義と細胞接着における O-GlcNAc 修飾の機能

がんは、人口の高齢化と相俟ってその発症率が世界的に年々上昇し、日本では国民の 2 人に１人が生涯に一度はがんに罹患し、3 人に１人ががんで命を落とす時代となり、その制御が極めて大きな課題となっている。がんの治療としては、外科療法、放射線療法と化学療法の３大療法が長く使われてきた。その後、多くの研究者により、細胞増殖、血管新生あるいは細胞死抑制に関与する多くの成長因子やサイトカインな
どの個々の働きに注目した研究が精力的に進められ、近年、第４のがん治療法と言われるがん細胞で異常を示すシグナル分子を標的とする分子標的療法が注目されている。
しかし、個々の分子機構が解明され、その機能を制御しても、がん治療の効果の著しい向上は見られない。実際分子標的療法が有効ながんは、がん全体の約 30％程度と考えられ、耐性腫瘍の出現による再発も多く、また残りの約 70％の腫瘍では、いまだに有効な治療法が確立されておらず、更なる抜本的な治療法の開発が待たれている。
がんに対する根本的な治療法は、がん細胞の増殖•浸潤•転移に関わる多くの分子機能を同時に制御できることが必要であると私達は考えている。糖鎖はその有力な候補の一つである。細胞ががん化すると細胞表面の糖鎖が変化することは、よく知られている。実は、増殖因子、接着分子及びサイトカインの受容体の殆どは糖タンパク質であり、糖鎖修飾がそれらの機能制御に大事であることが明らかになりつつある。
糖鎖修飾の中で特に注目されるものの一つがコアフコースである。それは、コアフコースがフコース転移酵素(Fut8)により生合成され、肝がんの特異的バイオマーカーや抗体依存性細胞傷害活性(ADCC)とも深く関わる。また、T 細胞上の免疫チェックポイ
ントである PD-1 のコアフコースの発現を下げることによって、T 細胞の活性化を介したがん細胞の排除効果が有意に高まることが明らかになった (Okada, et al. Cell Rep.
2017)。その分子機序が PD-1 のコアフコース付加が抑制されると PD-1 のユビキチン化が有意に増強し、PD-1 の分解を促進することを、中国大連医科大学と共同研究によって明らかにした（１）。一方、私達は、コアフコースが肝がんの形成に重要な役割を果たすことを証明した(Wang et al. FASEB J., 2015)。更に、L-フコースのアナログである 2-fluorofucose (2FF, Fut8 のドナーである GDP-fucose 合成の阻害剤; Okeley, et al.,
PNAS. 2013)でコアフコシル化を抑えることによって、肝がん細胞の腫瘍形成能が強く抑制できることも証明した(Zhou et al Sci. Rep., s41598, 2017)。

33

最近、私達は膵がんにも興味を持って研究を行ってきた。膵がんは、5 年生存率が他のがんと比較して極めて低い。その理由の一つに、膵がんは、早期のうちから浸潤・転移しやすいことが挙げられる。さらに、膵臓周辺は組織が複雑に入り組んでいて、手術が難しいため、残ったがん細胞が再び増殖する可能性が高いためと考えられている。がん化に伴いがんマーカーとなる特徴的な糖鎖構造が現れるが、コアフコシル化の変化はいくつかのがんにおいて、腫瘍の増殖や転移など生理的に重要であることがわかっている。
膵がんでも FUT8 の発現がアップレギュレーションされるが、膵がんの特徴である浸潤・転移しやすさとコアフコ
シル化の関係は未解明である。膵がんの予後不良に対する FUT8 の役割を明らかにするため、膵がんの研究に広く用いられている MIA PaCa-2 や PANC-1 細胞株に CRISPR/Cas9 を用いて FUT8 を欠損させた細胞を作成し、膵がんにおける FUT8 の機能を明らかにした（図１）(2)。
トランスウェルおよびスクラッチアッセイによる細胞遊走能を検討したところ、
FUT8 欠損 MIA PaCa-2 細胞は野生型に比べて、約 80%と顕著な遊走能の阻害が認められた。また、MTT およびコロニー形成による細胞増能を検討したところ、いずれの方法でも FUT8 欠損細胞は 50%以下に減少し、細胞表面における増殖因子受容体数も減少していた。さらに、2FF を添加によりコアフコシル化を阻害しても、FUT8 欠損細胞と同様に、増殖・遊走に対する抑制が確認された。FUT8 欠損により、腫瘍増殖抑制作用が期待されたため、免疫不全マウス皮下に移植したところ、生着・増殖は認められるが、有意な腫瘍増殖抑制作用が認められた。そこで、再発・転移に重要な役割を果たすと考えられているがん幹細胞性に与える影響を検討した。まず、癌幹細胞マーカ
ーの発現を検討したところ、FUT8 欠損細胞では、CD133, CXCR4, C-Met, EpCAM などの発現が減少していた。次に、がん細胞同士の相互作用を検討するため、スフェロイドを形成させたところ、FUT8 欠損細胞では細胞間の凝集が弱く不安定であることが分かった。ヒト膵臓腺癌由来の PANC-1 細胞でも MIA PaCa-2 細胞株と同様の結果がえられた。さらに、がん幹細胞の特徴の一つである薬物耐性に対しても検討した。その結果、FUT8 の欠失は、膵がんの治療薬である Gemcitabine に対する応答性を高めた。
これらの結果は、FUT8 の発現が無くなると、幹細胞性が失われることを示唆している。以上のことから、FUT8 が膵がん細胞において重要な生物学的機能を果たしている
ことが明らかで、実験的ではあるものの、2FF の投与でも FUT8 欠損細胞と同様の効

34

果が得られたことは、FUT8 の機能制御を介して、膵がん幹細胞を標的とした治療などの可能性が示された。
また、私達は、インテグリンや増殖因子受容体の下流の非受容体タンパク質チロシン
キナーゼである Focal adhesion kinase(FAK)による O-GlcNAc 修飾にも注目して解析を進んでいる。一昨年、私達はドキソサイクリン(DOX)添加により、O‑GlcNAc トランスフ
ェラーゼ(OGT)ノックダウン(KD)が誘導される HeLa 細胞と 293T 細胞を樹立・解析
し、1) 接着斑で複合体を形成する FAK、Paxillin、Talin に O-GlcNAc が付加している;
2) OGT-KD 細胞では異常な接着斑が形成され、かえって細胞移動が抑制され、接着斑を制御する多くのタンパク質が集積していることを明らかにした (Xu, Z., Isaji, T., etal., JBC, 2019)。しかし、FAK のどの位置に O-GlcNAｃが結合するか、また、それぞれの修飾が細胞増殖や細胞伸展などの機能に与える影響など不明点が多く残されている。
これらの疑問を明らかにするため、LC-MS/MS を用いて３カ所の O-GlcNAc サイトを同定した。その３カ所の修飾は、細胞の増殖、伸展および FAK の核移行に対する影響が異なっていることを見出した。同定した３カ所の O-GlcNAc 修飾およびそれぞれの機能に関して、更なる詳細な分子機序の解析が必要である。また、主に HeLa 細胞を用いて研究を行なって来たが、他の細胞でも同じの働きをしているかを調べ、細胞間での共通性と特異性を明らかにする。さらに、O-GlcNAc 修飾された FAK を特異的に認識する抗体を作成し、がんなど様々な疾患における FAK の O-GlcNAc 修飾変化を調べることで、疾患のバイオマーカーや治療薬開発への基礎的な知見の提供を目指す。
＜論文発表＞
1. Loss of core fucosylation enhances the anticancer activity of cytotoxic T lymphocytes by
increasing PD-1 degradation. Zhang, N., Li, M., Xu, X., Zhang, Y., Liu, Y., Zhao, M., Li,
P., Chen, J., Fukuda, T., Gu, J., Jin, X. and Li, W. Eur J Immunol. 50, 1820-1833, 2020
2. α1,6-Fucosyltransferase contributes to cell migration and proliferation as well as to cancer
stemness features in pancreatic carcinoma. Liang C., Fukuda, T., Isaji, T., Duan, C., Song,W., Wang, Y. and Gu, J. Biochim Biophys Acta Gen Subj., 1865: 3239-3252. 2021
3. Loss of core fucosylation suppressed the humoral immune response in Salmonella
typhimurium infected mice. Zahid, D., Zhang, N., Fang, H., Gu, J., Li, M. and Li, W. J
Microbiol Immunol Infect. pii: S1684-1182(20)30034-7. doi: 10.1016/j.jmii.2020.02.006,
2020

35

4. Loss of core fucosylation in both ST6GAL1 and its substrate enhances glycoprotein
sialylation in mice. Huang, G., Li, Z., Li, Y., Liu, G., Sun, S., Gu, J., Kameyama, A., Li,
W. and Dong, W. Biochem J. 477:1179-1201. doi: 10.1042/BCJ20190789, 2020
5. Core Fucosylation of Intestinal Epithelial Cells Protects against Salmonella Typhi Infection
via Up-regulating the Biological Antagonism of Intestinal Microbiota. Hao, S., Fan, Q.,
Yaqiang Bai, Y., Zhou, J., Fang, H., Fukuda, T., Gu, J., Li, M. and Li, W. Front.
Microbiol. 11:1097. doi: 10.3389/fmicb.2020.01097, 2020.
6. A novel immunochromatographic strips assay for rapid and simple detection of systemic
lupus erythematosus. Sun, Y., Li, Z., Liang, W., Zhang, Y., Song, W., Song, J., Xue, K.,
Wang, M., Sun, W., Gu, J., Li, M. and Li, W. Sci Rep. 10, 14178, 2020
＜学会発表＞
・Deficiency of core fucosylation activates FLT3 signaling via induction of dimericformation
Chengwei Duan, Tomohiko Fukuda, Tomoya Isaji, Shinichiro Takahashi and Jianguo Gu
12th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2020), Web 開催, 2020 年 6 月
・ FUT8 の発現は膵がん細胞の移動・増殖・がん幹細胞性に重要な役割を果たす
梁彩霞, 福田友彦, 伊左治知弥, 顧建国
第 14 回東北糖鎖研究会, Web 開催, 2020 年 8 月, P. 27
・接着斑キナーゼ(FAK)の O-GlcNAc 修飾による細胞機能への影響
大山嘉順, 伊左治知弥, 福田友彦, 顧建国
第 14 回東北糖鎖研究会, Web 開催, 2020 年 8 月, P. 28
・FLT3 を介したシグナル伝達におけるコアフコシル化の重要性
段 程偉, 福田友彦, 伊左治知弥, 髙橋伸一郎, 顧建国
第 14 回東北糖鎖研究会, Web 開催, 2020 年 8 月, P. 10・シアリル化等による膜受容体の選別輸送ゾーンの特異性とその制御機構の解明
顧建国
第１回オルガネラゾーン 研究会, Web 開催, 2020 年 8 月
・インテグリンと FLT3 受容体における糖鎖機能と制御機構
顧建国, 伊左治知弥, 福田友彦
第 93 回日本生化学会, Web 開催, 2020 年 9 月, P. 46
・膵がん細胞の遊走・増殖・がん幹細胞的性質保持における FUT8 発現の重要性
福田友彦, 梁彩霞, 伊左治知弥, 顧建国
第 39 回日本糖質学会年会, 誌上開催, 2020 年 11 月

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・糖鎖修飾阻害薬の急性前骨髄球性白血病細胞のレチノイン酸分化誘導に及ぼす影響に関する解析
沖津庸子, 福田友彦, 顧建国,

髙橋伸一郎

第 67 回日本臨床検査医学会, Web 開催, 2020 年 11 月,

P. 209・シアリル化等による膜受容体の選別輸送ゾーンの特異性とその制御について
伊左治知弥, 顧建国
第二回オルガネラゾーンオルガネラゾーン若手の会, web 開催, 2020 年 12 月
・糖鎖による膜受容体の選別輸送ゾーンの特異性とその制御機構の解明
顧建国, 福田友彦, 伊左治知弥
第２回オルガネラゾーン 研究会, Web 開催, 2020 年 12 月

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＜薬品物理化学部門＞
教授

山口 芳樹

講師

真鍋 法義

助手

大野 詩歩
糖鎖構造解析のための技術基盤の構築

生体分子としての糖鎖の機能を明らかにするためには，糖鎖の立体構造の特徴を理解し，レクチンや抗体など糖鎖結合分子による認識の構造基盤を解明することが重要であるとの立場で研究を進めている．本年度は分子生体膜研究所の一員となり 2 年目を迎え，昨年度に引き続き，糖鎖構造解析（実験および計算）の技術基盤の構築，および糖鎖関連の組み換え蛋白質の大量発現システムの構築を目指した．
I． 糖タンパク質の構造機能相関の解析と応用
近年構造生物学分野においてクライオ電顕に対する期待は大きく，結晶化に不向きな蛋白質（糖タンパク質，膜蛋白質，蛋白質線維，超分子複合体など）の構造解析例
は今後ますます増えていくものと思われる．しかしながら，一般に糖鎖は自由度が高
いため，X 線結晶構造解析やクライオ電顕の解析においても糖鎖全体の電子密度像を与えるケースは稀である．一方で，NMR 法は生体分子のダイナミクスを提供する方法として優れており，糖タンパク質糖鎖の NMR データはクライオ電顕・X 線結晶構造解析のデータを補完するものであり，相補的である．このような背景を踏まえつつ，
最近の糖鎖構造解析技術をまとめた(1)．
免疫グロブリンは，糖鎖の機能が最も研究された糖タンパク質の一つであるが，依然として不明な点も残されている(2)．今回我々はマウス IgG2b の Fc フラグメントを対象としたこれまでの NMR 解析データをまとめ，Fc に結合している糖鎖の切断に伴うポリペプチドの構造変化についての議論を行った(3)．近年では，バイオ医薬品・抗体-薬物複合体としての抗体の利用も増加しており，糖鎖の構造とその機能制御にます
ます注目が集まっている．抗体-薬物複合体の合成とがん間質をターゲットとした戦略についてまとめた(4)．
糖鎖の構造機能相関を議論するにあたり，N-結合型糖鎖の構造決定メカニズムを知ることも重要になる．特に N-結合型糖鎖の分岐は標的糖タンパク質の機能を調節することがあり，N-結合型糖鎖の分岐構造の形成を担う糖転移酵素の立体構造に関する知見が求められている．N-結合型糖鎖の分岐構造を形成する糖転移酵素の構造活性相関について立体構造から議論した(5)．

38

II．レクチン受容体の構造と機能に関する研究
レクチンは糖鎖を認識する分子として幅広く生体内で機能しているが，構造活性相
関についてはいまだ不明な点が多い．例えば Siglec-7 はシアル酸に依存した免疫受容体として機能していると考えられているが，そのシアル酸結合と機能の関係は不明のままである．Siglec-7 のリガンド結合についての理解を深めるために，計算と部位特異実験を行った．その結果，従来よく知られているリガンド結合部位に加えて第２の結合サイトを見出した(6)．
我々はこれまで主に C 型レクチン受容体の共通のフォールドから糖鎖結合の多様性
はどのように生み出されるかという問題を設定して構造解析を行ってきた．構造解析
を通じて得た知見および他グループの報告も引用しながら，C 型レクチン受容体の糖鎖認識様式をまとめて発表した(7)．
C 型レクチン様受容体の一種である Dectin-1 も C 型レクチンフォールドを有するが，β グルカンの受容体として機能している．β グルカンの立体構造と Dectin-1 を含む
β グルカン受容体の構造と機能の関係についてこれまでの知見を総説してまとめた(8)．
III． 安定同位体利用 NMR 法による構造解析技術の構築
測定対象とする分子に安定同位体標識を施すことにより，通常では得られないユニークな情報を引き出すことが可能になる．糖鎖の水酸基は，そのコンフォメーションや分子間相互作用の決定要素として機能しているが，通常の溶液 1H-NMR では解析を行うことが困難である．本研究ではモデル化合物として 6 位が 17O 標識されたグルコ
サミンを化学合成し(図１)，その固体 17O-NMR 測定を行った．その結果，17O 化学シ
フトと電場勾配テンソルを見積もることに成功した(9)．
β グルカンのような多糖はグルコース残基の繰り返しの構造となっており，部位特異的な情報を取り出すのは困難である．本研究では，β グルカン短鎖に 13C, 2H の部位
特異的標識を行い，部位特異的な NMR 情報を抽出することに成功した(10)．β グルカ
ンの鎖長・分岐とコンフォメーションの関係については不明な点が多く，問題解決の第一歩となった．

図１ [6-17O]D-glucosamine ·HCl の化学合成(9)

図２

C, 2H の部位特異的標識を施した

13

ルカン短鎖(10)の NMR スペクトル39βグ

IV． Intrinsically disordered protein のダイナミクス・相互作用の解析
神経変性疾患に関与する蛋白質の多くは特定の立体構造を形成しておらず，そのような蛋白質は intrinsically disordered protein と呼ばれている．これらの蛋白質が，どのようなメカニズムで集合し，特徴的な線維構造を形成するかは不明な点が多い．プリオンタンパク質は，外来のプリオン凝集体と遭遇することにより，種の壁を越えて凝集が誘導されることがある．しかしながら，種の壁を越えたプリオンタンパク質の凝集のメカニズムは不明であった．酵母プリオンタンパク質をモデルとして解析したと
ころ，プリオン非常に短い領域の特定のコンフォメーションが種間の感染を制御していることが明らかになった(11)．
脳内に蓄積する蛋白質線維を感度よく検出することは，神経変性疾患の発症を早期に捉えることにつながるため，様々な PET プローブが世界中で開発されている．しかしながら，PET プローブと蛋白質線維との相互作用の様式は不明な点が多い．本研究では，tau 線維と PET 化合物の相互作用様式をドッキングおよび分子動力学計算により解析した．その結果，複数の PET 化合物結合部位を提示し，各サイトにおける結合エネルギーを算出した(12,13)．
V． 計算化学・データベースの基盤構築
糖鎖の立体構造・ダイナミクスの解析には NMR 法などの実験的手法に加えて，分子動力学計算などの計算化学的手法が必要になる．今回，糖鎖の分子動力学計算についての現状をまとめ，総説として発表した(14)．
またデータベースから，糖鎖立体構造・相互作用の法則性を見出すことを進めており，現在は抗糖鎖抗体の立体構造データを集積し，データの分類・解析を進めている．合わせて抗体の超可変領域を含む Fv 領域のモデリングおよびドッキングの検討を
引き続き行っている．
VI． その他
本年度も内外の共同研究を進め，主に生体分子の NMR 解析を行うことによって成果発表に貢献した．β-グルコセレブロシダーゼ（GBA）はグルコシルセラミド（GlcCer）を加水分解する酵素である．本論文では，GBA1 と GBA2 は，ガラクトシ
ルセラミド（GalCer）のガラクトース残基をコレステロールに転移し β-コレステリル
ガラクトシド（β-GlcChol）を形成することを見出した(15)．
アネキシン（ANX）はリン脂質や硫酸基を持つ糖脂質と結合することにより，知液凝固を制御することが知られていたが，その生理的や役割は部分的にしかわかっていなかった．本研究では ANX4 はスルファチドによって誘導される Factor XII の自己活性化を阻害すること，また ANX4 の後半の領域がその活性に関わっていることを明らかにした(16)．

40

＜発表論文＞
1.

山口芳樹. (2020) 糖鎖立体構造解析技術の開発要素. 生化学 92, 369-377

2.

Yamaguchi, Y., and Barb, A. W. (2020) A synopsis of recent developments defining
how N-glycosylation impacts immunoglobulin G structure and function. Glycobiology
30, 214-225

3.

Yanaka, S., Yamaguchi, Y., Takizawa, T., Miyanoiri, Y., Yogo, R., Shimada, I., andKato, K. (2021) NMR assignments of the N-glycans of the Fc fragment of mouse
immunoglobulin G2b glycoprotein. Biomol NMR Assign 15, 187-192

4.

眞鍋史乃, 山口芳樹, 松村保広. (2020) 有機合成化学/糖質化学は抗体-薬物複合体開発にどのように貢献できるか：糖鎖連結均一抗体-薬物複合体合成とがん間質ターゲティング療法の開拓. 有機合成化学協会誌 78, 485-494

5.

Nagae, M., Yamaguchi, Y., Taniguchi, N., and Kizuka, Y. (2020) 3D structure andfunction of glycosyltransferases involved in N-glycan maturation. Int J Mol Sci 21, 437

6.

Yamakawa, N., Yasuda, Y., Yoshimura, A., Goshima, A., Crocker, P. R., Vergoten, G.,
Nishiura, Y., Takahashi, T., Hanashima, S., Matsumoto, K., Yamaguchi, Y., Tanaka,
H., Kitajima, K., and Sato, C. (2020) Discovery of a new sialic acid binding region that
regulates Siglec-7. Sci Rep 10, 8647

7.

Nagae, M., and Yamaguchi, Y. (2020) Structural aspects of carbohydrate recognition
mechanisms of C-type lectins. Curr Top Microbiol Immunol 429, 147-176

8.

Manabe, N., and Yamaguchi, Y. (2021) 3D structural insights into b-glucans and theirbinding proteins. Int J Mol Sci 22, 1578

9.

Yamada, K., Yamaguchi, Y., Uekusa, Y., Aoki, K., Shimada, I., Yamaguchi, T., andKato, K. (2020) Solid-state 17O NMR analysis of synthetically 17O-enriched Dglucosamine. Chem. Phys. Lett. 749, 137455

10.

Hamagami, H., Yamaguchi, Y., and Tanaka, H. (2020) Chemical synthesis of residueselectively 13C and 2H double-isotope-labeled oligosaccharides as chemical probes for
the NMR-based conformational analysis of oligosaccharides. J Org Chem 85, 1611516127

11.

Shida, T., Kamatari, Y. O., Yoda, T., Yamaguchi, Y., Feig, M., Ohhashi, Y., Sugita, Y.,
Kuwata, K., and Tanaka, M. (2020) Short disordered protein segment regulates crossspecies transmission of a yeast prion. Nat Chem Biol 16, 756-765

12.

Tagai, K., Ono, M., Kubota, M., Kitamura, S., Takahata, K., Seki, C., Takado, Y.,
Shinotoh, H., Sano, Y., Yamamoto, Y., Matsuoka, K., Takuwa, H., Shimojo, M.,
Takahashi, M., Kawamura, K., Kikuchi, T., Okada, M., Akiyama, H., Suzuki, H.,

41

Onaya, M., Takeda, T., Arai, K., Arai, N., Araki, N., Saito, Y., Trojanowski, J. Q., Lee,V. M. Y., Mishra, S. K., Yamaguchi, Y., Kimura, Y., Ichise, M., Tomita, Y., Zhang, M.
R., Suhara, T., Shigeta, M., Sahara, N., Higuchi, M., and Shimada, H. (2021) Highcontrast in vivo imaging of tau pathologies in Alzheimer's and non-Alzheimer's diseasetauopathies. Neuron 109, 42-58 e48
13.

Mishra, S. K., Yamaguchi, Y., Higuchi, M., and Sahara, N. (2020) Pick's tau fibril
shows multiple distinct PET probe binding sites: Insights from computationalmodelling. Int J Mol Sci 22, 349

14.

Re, S., Yamaguchi, Y., and Sugita, Y. (2020) Molecular dynamics simulation ofglycans. Trends Glycosci. Glycotechnol. 32, E113-E118, J193-J198

15.

Akiyama, H., Ide, M., Nagatsuka, Y., Sayano, T., Nakanishi, E., Uemura, N., Yuyama,
K., Yamaguchi, Y., Kamiguchi, H., Takahashi, R., Aerts, J., Greimel, P., andHirabayashi, Y. (2020) Glucocerebrosidases catalyze a transgalactosylation reactionthat yields a newly-identified brain sterol metabolite, galactosylated cholesterol. J Biol
Chem 295, 5257-5277

16.

Nakayama, M., Miyagawa, H., Kuranami, Y., Tsunooka-Ota, M., Yamaguchi, Y., andKojima-Aikawa, K. (2020) Annexin A4 inhibits sulfatide-induced activation of
coagulation factor XII. J Thromb Haemost 18, 1357-1369＜学会発表＞
・糖鎖構造の多様性の生物学的意義を求めて
山口 芳樹
第 16 回機能性糖鎖研究会，鳥取，2020 年 1 月，16:30-18:00
・NMR analysis of glycolipid in aqueous solution
Yoshiki YamaguchiInternational Symposium on Glyco-lipidologue, Wako, Japan, Jan. 2020, 16:05-16:35
・計算化学によるリビトールのコンフォメーション空間の解析
大野 詩歩，真鍋 法義，山口 芳樹
日本薬学会第 140 年会，京都，2020 年 3 月，演題番号 27P-am103
・紫外線照射によるトリプトファン残基の化学構造変化
真鍋 法義，星 憲司，大野 詩歩，山口 芳樹
日本薬学会第 140 年会，京都，2020 年 3 月，演題番号 27P-am079
・完全重水素化シクロデキストリンの酵素化学合成と糖脂質の NMR 解析への応用
山口 芳樹，眞鍋 史乃，Peter Greimel，伊藤 幸成
日本薬学会第 140 年会，京都，2020 年 3 月，演題番号 27H-pm1342

・糖鎖認識抗体によるエピトープ認識の分子基盤川嵜 敏祐，中尾 広美，川嵜 伸子，築地 信，稲垣 優希，吉田 昌宏，山口 芳
樹，天野 裕之，大野 詩歩，真鍋 法義
第 93 回日本生化学会大会，京都，2020 年 9 月，演題番号 P-046(2Z01-11)
・免疫グロブリン G 結合糖鎖の立体構造データの調査
佐藤 いずみ，大野 詩歩，真鍋 法義，山口 芳樹
第 14 回東北糖鎖研究会，仙台オンライン開催，2020 年 8 月，演題番号 O-5
・糖鎖認識抗体の設計を目指した特異的 CDR 配列の検討
瀬川 千夏，真鍋 法義，大野 詩歩，山口 芳樹
第 14 回東北糖鎖研究会，仙台オンライン開催，2020 年 8 月，演題番号 P-1
・非環状糖リビトールの計算化学と NMR による動的構造解析
大野 詩歩, 真鍋 法義, 山口 芳樹
第 14 回東北糖鎖研究会，仙台オンライン開催，2020 年 8 月，演題番号 P-2
・コアフコース含有 N-グリカンの機能解明・制御を目指したケミカルバイオロジー
真鍋 良幸，MARCHETTI Roberta，武部 智之，笠原 里実，高倉 陽平，長崎 政
裕，二瓶 渉，田中 克典，樺山 一哉，CHIODO Fabrizio，花島 慎弥，鎌田 佳宏，
三善 英知，DULAL Hari Prasad，山口 芳樹，安達 禎之，大野 尚仁，田中 浩士，
SILIPO Alba，MOLINARO Antonio，深瀬 浩一
第 62 回天然有機化合物討論会，名古屋オンライン開催，2020 年 9 月，演題番号 24
・非環状の糖鎖成分リビトールの静的および動的構造の解析
大野 詩歩，真鍋 法義，山口 拓実，鵜澤 洵，山口 芳樹
第 59 回日本薬学会東北支部大会，紙上発表，2020 年 10 月，演題番号 PB-16
・コアフコース含有 N-グリカン認識レクチンの探索
真鍋 良幸，MARCHETTI Roberta，高倉 陽平，長崎 政裕，二瓶 渉，武部 智之，
田中 克典，樺山 一哉，CHIODO Fabrizio，花島 慎弥，鎌田 佳宏，三善 英知，
DULAL Hari Prasad，山口 芳樹，安達 禎之，大野 尚仁，田中 浩士，SILIPO
Alba，MOLINARO Antonio，深瀬 浩一
第 39 回日本糖質学会年会，紙上開催，2020 年 11 月，演題番号 C66
・抗糖鎖抗体の立体構造データベース構築と抗原結合部位の解析
瀬川 千夏，真鍋 法義，大野 詩歩，山口 芳樹
第 39 回日本糖質学会年会，紙上開催，2020 年 11 月，演題番号 B104
・NMR 法と分子動力学計算による非環状糖リビトールの動的構造解析
大野 詩歩，真鍋 法義，山口 拓実，鵜澤 洵，山口 芳樹
第 39 回日本糖質学会年会，紙上開催，2020 年 11 月，演題番号 B73
・プリオン感染における「種の壁」を解明

43

志田俊信，鎌足雄司，依田隆夫，山口芳樹，Michael Feig，大橋祐美子，杉田有治，桑田一夫，田中元雅
第 59 回 NMR 討論会，群馬，2020 年 11 月，演題番号 P29・NMR approach to investigate glycan structure and function
Yoshiki Yamaguchi
14th Chandigarh Science Congress-2020 (CHASCON-2020), India on line, Dec. 2020
・N-グルカンの立体構造とその相互作用
山口芳樹
第 4 回東北医真菌研究会，オンライン開催，2020 年 12 月，11:15-11:55
・遠隔操作による NMR 測定の実際と生体分子の構造解析
山口芳樹
先端研究基盤共用促進事業

新共用＆SHARE 利用報告会，オンライン開催，2021

年 3 月，16:30-18:00
・ヒトシアル酸転移酵素 ST3Gal5 の立体構造モデリングと基質結合部位の予測
兼瀬 鑑，大野 詩歩，真鍋 法義，山口 芳樹
日本薬学会第 141 年会，オンライン開催，2021 年 3 月，27P01-101S・NMR 法によるペプチド中の Asp 残基異性化の in situ 判別
真鍋 法義，大野 詩歩，山口 芳樹
日本薬学会第 141 年会，オンライン開催，2021 年 3 月，28P01-085
・非環状糖鎖成分リビトールの動的構造解析
大野 詩歩，真鍋 法義，山口 拓実，鵜澤 洵，山口 芳樹
日本薬学会第 141 年会，オンライン開催，2021 年 3 月，29P01-079

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

Human Glycome

1

1

2

3

1

4

1

4

1

GM3
GM3
NPC1L1
GM3
TLR4

Toll-like receptor 4
GM3

1.

1

981 8558

44 1
983 8536

2

GM3

GM3S

LacCer

1 15 1GM3
1

3560 0043

GM3

1 1

4

983
8536
1
15 1
Glycolipidomics
Jin-ichi Inokuchi1, Kei-ichiro Inamori1, Satoshi Uemura2, Hirotaka Kanoh1, Takahiro Nitta1, Wataru Nihei3, Fumi Shishido4,
Isao Ohno4 and Akemi Suzuki1 (1 Tohoku Medical and Pharmaceutical University, Division of Glycopathology Institute of Molecular
Biomembrane and Glycobiology, 4 4 1 Komatsushima, Aoba-ku,
Sendai Miyagi, 981 8558, Japan, 2 Tohoku Medical and Pharmaceutical University, Faculty of Medicine, Division of Medicinal Biochemistry, 1 15 1 Fukumuro, Miyagino-ku, Sendai, Miyagi 983 8536,
Japan, 3 Osaka University, Graduate School of Science, Department ofChemistry, Division of Natural Product Chemistry, Toyonaka, Osaka
560 0043, Japan, 4 Tohoku Medical and Pharmaceutical University,
Faculty of Medicine, Center for Medical Education, 1 15 1 Fukumuro, Miyagino-ku, Sendai, Miyagi 983 8536, Japan)

1

GM3
1998

GM3S
GM3
2, 3

2015
30

4

1
2

T
3 GM3
1 GM3
2

DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920323© 2020

GM2
3
4

92

3

pp. 323 335 2020

78

1
Box
Inokuchi, J. & Go, Shinji. 2014 Biosynthetic pathways of glycosphingolipids, in
Handbook of Glycosyltransferases and Related Genes, 2nd Ed. Taniguchi, N. et al., eds. , pp. 1673 1679, Springer, Tokyo

sphingenine

GM3

C4
2018

10

7

d18 : 0 sphinganine1

t18 : 0 4-hydroxysphinganine

3

16, 2096
GM3

9
24 : 0

16 : 05
23 : 024 : 1
C2

2.

LC-MS/MS14
9 14 126
126

12,60037,800matrix-assisted laser desorption
ionization MALDI
5, 6

electrospray ionization ESI
mass spectrometryMScollision-induced dissociation CID
MS/MS
proteomics
glycolipidomics
MALDI-MS
7

ESI
LC
5

LC-MS
MS3
18

1

d18 : 1

92

3

79

2020

MS2
MS3

2

GM3

LC-MS

100 µL
A

1/10

C30

MS2

1261.81MS3
C

LC
B
m/z 1261.81
Neu5Ac 290 , Hex 162 , Hex
646.61

GM3

MS
971.72, 808.66, 646.61
263.24 d18 : 1 sphingenine
364.35
d18 : 1 24 : 1
PI

390.37C

LC
50 µL/min
MS2

C30

1 50 mm0.1

mul-tiple reaction monitoring MRM

MS

2

1

LC-IT-TOF
8

MS2

CID

LCMS-8060
2

GM3

LC-

IT-TOF
MRM

2A
m/z 1261.81

2B

MS2

MRM
MS3

2C

GM3
100 µL

GM3

LC-MS

MRM
GM3

92

3

80

2020

GM3
MRM

9 11
12 16

3.

GM3

GM2

CMP-

UDP-

II
COPII

17, 18

GM3

N
M1

4 19

3
M2

M3

GM3
R/K-based motif
20

R/K

X R/K

COPII
21

Sar1
GM3
GM3 MRM
LC
2
Neu5Ac m/z 290.1
GM3
ISD
ISD
GM3 d18 : 1 13C16 : 0
d18 : 1 16 : 0
GM3
MRM

R/K X

3

R/K

B
A

R/K-based motif

GM3

20

GM3

N

M1
R-based motif

GM3

R-based motif

COPI

-COP
22

-COP
COPI
3

GM3

based motif
N-

Neu5Ac

RR/K-based motif

m/zM1
R-based motif

ISD

290.1
internal standard

GM3
ISD

13

M2

C

M3

M2
M3

GM3 d18 : 1 13C16 : 0

M3
R/K-based motif
M2

92

3

81

2020

4 GM3
GM3

GM2
N

M1
M1

M2

M3

GM2

M2

M1/M2

N
M2/M2

TM

M3

N

M1

R/K-based motif

R-based motif

M1

24

R-

based motif

M1

GM3

GM2

19, 20

GM2
M1

N

2

M2

4

GM2

GM3
23

M1

mRNA

M1

M2

M2

M1

M2

M1

4.

M2

M2

GM2
R/K-based motif
M2

M2

M1

M2

POMC

proopiomelanocortin

AgRP/NPY

Agouti-related peptide/neuropeptide Y

GM2
GM2

LepR

COPII
4

5

box

POMC
JAK2 Janus kinase 2 -STAT3 signal

GM2

M1

R-

based motif

transducer and activator of transcription 3

GM3

POMC

SOCS3

suppressor of cytokine signaling 3
POMC

M1

M2
M1

-MSH
M2

M1

-melanocyte stimulating hormone
MC4R

92

3

82

2020

melanocortin-4

STAT3
Jib

GD3

GD3S KO
29

a

GM1

KO

GD1a

LepR

STAT3
GD3S KO
30

GD3S

N-41

a
STAT3
a

LepR

GM3S
KK-Ay

GM3S KO
KK-Ay/GM3S KO
5
31

STAT3

ERK
GCS

o

KO.
GlcCerGM3
KO. a bGD3S KO
GD3
acKO
GM3S KO
o
KO. b

N-41

GM3S KO

KO

a
GM1b

STAT3

ERK extracellular signal-

regulated kinase
JAK2-STAT3
SHP2 SH2-containing protein tyrosine

receptor

phosphatase 2 -ERK
32, 33SOCS3KK-A y/GM3S KO
LepR

AgRP

MC4R

NPY

ERK

NPY
AgRP/NPY

LepR

25

JAK2-STAT3, SHP2-ERK, PI3K

phosphoinositide

3-kinase -AKT

26, 275.
LepR
5

Nordström

C57BL6

GlcCerGCS cKO
GlcCer34

LepR

GCS cKO

28

a

b

1
N-41
GD1a

35

GM1, GD1a, GD1b, GT1b
Nordström
LepR

Niemann-Pick C1
Like 1 NPC1L1

GM1

GM3
36

LepR

92

3

83

2020

6 NPC1L1
NPC1L1
GM3S KO

GM3S KO

NPC1L1NPC1L1NPC1L140, 43

2004
13
37, 38

NPC1L1NPC1L1NPC1L1
Niemann-Pick
NPC1

C

50

NPC1L1NPC1L138, 39NPC1L1NPC1L1NPC1L110
NPC1L1
6.

GM3

N
40 42

6
NPC1L1
HEK293T

GM3S

GlcCerC

GM3S KO
GM3S KO

44

MincleNPC1L1

MincleMincle KO63645, 46

NPC1L1

GlcCerLacCerLacCer-1-2

NPC1L1

Src
Lyn

NPC1L147-1,2
LacCer

92

3

84

2020

N-

7 GM3
A GM3
LPS
GM3
hTLR4

TLR4

B GM3

TLR4/MD-2

D
TLR4, mTLR4

TLR4, HOMA-IR

Gb3

C
GM3
CRP C

Gb4

GM3S KO

TLR4
44, 4649, 52

GM3

GM3
TNF-

IL-1

48, 49

TLR4
GM3
GM3

TLR4

44, 45

ob/
ob

GM3
GM3

GM3S

3C

St3gal5
48, 4916 : 0, 18 : 0, 20 : 0

GM3

3

22 : 0, 24 : 0
h24 : 0

-9

3C

GM3

24 : 1
GM3

1250

Genz-123346

GlcCer

D-PDMP

GM3

GM3
51

24 : 0, h24 : 0, 24 : 1

92

3

85

2020

16 : 0, 18 : 0, 20 : 0, 22 : 0,
7A

TLR4/

TLR4/MD-2
GM3

MD-2

16 : 0, 18 : 0
GM3

22 : 0, 24 : 0, h24 : 0

TLR4/MD-2

TLR4

TLR4

MD-2

GM3

16 : 0

TLR4

53

MD-2

GM3

24 : 1

TLR4/MD-2
GM3 16 : 0

TLR4
LPS

GM3

Lipid-A,

MD-2

TLR4

HMGB1
TLR

GM3

GM3

TLR4

TLR4

LPS

MD-2

TLR4

Native-PAGE
TLR4/MD-2

GM3
GM3

GM3

MD-2

TLR4

TLR4/

TLR4/MD-2

7B
TLR4/MD-2

GM3
MD-2

GM3

Lipid-A/IVa

eritoran

7C

GM3
TLR4

TLR4
GM3

TLR4
TLR4

GM3

TLR4

GM3
GM3

GM3

7D
TLR4/MD-2

GM3

GM3

LPS

TLR4

GM3

TLR4

22 : 0, 24 : 0, h24 : 0

54, 55

MD-2

16 : 0, 18 : 0, 20 : 0

GM3

GM3

24 : 1, h24:1
GM3

LPS
55 60

LPS

Lipid-A

6

16 : 0, 18 : 0

TLR4/MD-2
7C
Lipid-IVaA

Lipid-

GM3

22 : 0, 23 : 0, 24 : 0, h24 : 0

4

GM3 h24 : 0

TLR4/MD-2

BMI

TLR4/

IL-6

7C

MD-2

CRP

MD-2
TLR4

HOMA-IR

MD-2

TLR4/MD-2

Lipid-

GM3

Lipid-IVa

IVa
TLR4

eritoran

GM3 22 : 1, 24 : 1, h24 : 1

MD-2
18 : 1,

7C 61

GM3

7
180

MD-2

GM3
ob/ob
GM3

GM3
GM3
LPS
MD-2

GM3

GM3

GM3

92

3

86

2020

GM3
TLR4

C3H/HeJ
GM3
TLR4
GM3

GM3
GM3

GM3
NPC1L1

GM3S
TNF-

IL-1

48, 49

GM3S
36

ELOVL

Elovl3-KO

Elovl6-KOGM362, 63

16 : 018 : 0ELOVL3

18 : 0TLR4ELOVL6
20 : 0GM3
TLR4

Elovl6-KO
18 : 0GM3

24 : 0

TLR4

TLR4

GM3

GM3

GM3

30

GM3
GM3

64

7D

GM3

GM3

GM3
GM3

51

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GM3
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2
i

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Karplus

IUPAC-IUB
1

J

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3

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3

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1

EarP
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Arg

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EarP
5

SN2

5

Fc

ER
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1

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3

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13, 14NMR
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2

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DP 10080.1 kcal/mol, T S
GH

72.7 kcal/mol

H

7.4 kcal/mol Kd

T S

3.5 M

20
21

S
22

S
Asn
IgG
Asn
23 25

avidity
26, 27

4.
M

6

X
NMR

NMR
PDB

159,000
12

2019

15

X
NMR

141,000

13,000

4,000

3

3

PDB
100

X

EM

92

143

3

2020

X-ray

NMR

28

4

HIV-1

35

X

N

Asn154
GlcNAc 1-4GlcNAc 1-Asn
NGL viewer

N
2

Fab

46

Bjorkman
30

1

31

PDB

32 34

3

2

X
X
-

3.8 Å

2016
Asn154

28

4

C

DC-

SIGN
DC-SIGN
HIV-1
29

2

Fab
35

HIV

92

144

3

2020

4

77

5
NMR

45

Se-NMR

Hz

WGA
WGA
WGA

1

H-13C

NOE
77

native

Se

44

NMR
5
45

Asn
36, 37

3

5.

NMR
NMR

NMR

NMR
NMR
13, 38, 39

NMR
3

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RDC
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