ホーム > 各部のご紹介 > 生化学部 > 業績

生化学部

2018年の業績

研究活動の概要

 細胞間情報伝達は、生体を精巧に制御するための最も基本的なメカニズムであり、循環動態をはじめとする生体のホメオスタシスの維持に重要な役割を果している。生化学部では、細胞間情報伝達を担う生理活性物質の中でも特にペプチド性因子に着目して新規に検索し、それによる未知の情報伝達および生体制御機構の解明に取り組んでいる。新規ペプチドの探索は容易ではないが、その発見は非常に大きなインパクトを与えるだけでなく、全く異なった視点での研究展開をもたらす。実際、我々のグループによる心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)(1984年)や脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)(1988年)の発見によって、それまでポンプとしてのみ機能すると考えられていた心臓が、ホルモンを分泌する内分泌器官として位置付けられた。また、脳から発見したC型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)(1990年)が血管内皮細胞から分泌されるため、血管壁もペプチドホルモンを分泌する内分泌組織として捉えられた。一方で、これらの生理活性ペプチドの発見を基盤とした臨床応用研究も推進しており、その成果として、ANPとBNPは、それぞれ心不全の治療および診断薬として臨床応用されている。このように新しい生理活性物質の発見は、それまで考えも及ばなかった制御系の存在を明示すると共に、新しい診断・治療薬の開発に繋がることも期待できる。

 上記のような研究の経緯を背景として、生化学部では新規生理活性ペプチドの探索による循環調節因子の発見を優先課題としており、そのための新しい活性測定法や精製手技からなる探索法や構造解析法の開発を行っている。その結果として、“グレリンの発見”(1999年)やオーファン受容体GPR66(FM3)の内因性リガンドとしての“ニューロメジンUの同定”(2000年)、さらに“ニューロメジンSの発見”(2005年)や“新規ペプチドneuromedin U precursor-related peptide(NURP)の発見”(2017年)などに繋げた。また近年では、循環器疾患の基盤となる肥満・糖尿病およびその関連疾患の理解と制御を目的として、摂食・エネルギー代謝調節に関与する未知のペプチド性生理活性物質の探索も実施している。

 生化学部で発見したペプチドについては、遺伝子発現および分泌調節、作用機序や新たな生理機能の解明などの基礎的研究を進めると共に、当センター研究所、病院およびセンター外の研究グループと連携して、病態生理的意義の解明や新しい診断、治療薬としての臨床応用を目指しての研究も進めている。

 一方、上記ペプチドの他にも、当研究グループで発見した骨形成タンパク質(BMP-3b)などについても、新たな機能解析や病態生理的意義の解明に関しての研究を進めている。

○生化学部では、新規物質を基盤として、具体的には主に以下のテーマの研究を行っている。

  1. ナトリウム利尿ペプチド・ファミリー(ANP, BNP, CNP)の新たな機能解明
  2. ニューロメジンUとニューロメジンSに関する新たな研究
  3. グレリン(Ghrelin)に関する研究
  4. Bone Morphogenetic Protein-3bの新たな機能に関する研究
  5. グアニリン・ファミリーの新たな機能に関する研究
  6. 新しい活性検出法を用いた新規生理活性ペプチドの探索に関する研究

2018年の主な研究成果

  1. ナトリウム利尿ペプチド・ファミリー(ANP, BNP, CNP)に関する研究
    • 3種のナトリウム利尿ペプチド(NP)のうち、CNPは主には血管内皮細胞などで産生・作用する血管作動性ペプチドで、循環ホルモンANP/BNPとは異なり局所因子として、CNP特異的受容体guanylate cyclase-B(GC-B)を介して作用する。最近、炎症細胞、線維芽細胞に対する役割として抗炎症・抗線維化作用も注目されている。

      ①肥満・糖尿病は、循環器疾患の基盤となるが、その要因となる血管機能障害に着目し、血管作動性ペプチドCNPの役割を解明した。血管内皮細胞特異的CNP過剰発現マウスは、抗肥満作用(脂肪細胞肥大化抑制、耐糖能改善、炎症抑制)を示し、更には、肥満・糖尿病に起因するNASH(非アルコール性脂肪肝炎)改善作用(抗炎症、線維化抑制)を呈し、CNPの肥満・糖尿病における新たな役割を解明した。

  2. ニューロメジンUとニューロメジンSに関する新たな研究
    • ニューロメジンU(NMU)とニューロメジンS(NMS)は、当研究室で発見した神経ペプチドであり、同一の活性部位を有するため共通の受容体(1型および2型)を介して機能する。これまでに、NMUとNMSの代表的な機能として、中枢性摂食・エネルギー代謝調節やサーカディアンリズムの形成、血圧・心拍数増加による循環調節、中枢性体温調節などを示した。中枢においてNMSとNMUは同様の作用を誘発するが、興味深いことにNMSの活性はNMUに比して約10倍強力であった。また近年では、NMU/NMS受容体の選択的アゴニストを開発するとともに、NMU前駆体タンパク質からもう一つの生理活性ペプチドとしてNMU precursor-related peptideが産生されることを明らかにした。

      ①NMUは、摂食およびエネルギー代謝の調節へ関与するため、肥満との関連が注目されている。そこで、肝臓における過剰な脂肪蓄積によりもたらされ肥満と密接に関連するNASHの病態におけるNMUの役割を検討した。正常マウスの肝臓では、NMU mRNAは発現しておらず、その末梢型受容体であるNMU受容体1型の発現も非常に低レベルである。一方、NASHを発症したマウスの肝臓では、両者の発現の増加が認められた。次にハイドロダイナミック注入法によりマウス肝臓でNMUを過剰に産生させると、NASHが悪化した。これらの結果は、NMUがNASHの発症・進展機序に関与する可能性を示唆している。

  3. グレリン(Ghrelin)に関する研究
    • グレリンは、主に胃底腺のX/A like cellから分泌され、胃周辺の迷走神経末端に作用して、延髄孤束核を介して情報を中枢に伝達する。またグレリンは、交感神経活動を抑制し、副交感神経活動を賦活化することにより、急性心筋梗塞モデル動物における急性期死亡を減少させ、慢性期心臓リモデリングを抑制するなど、循環器疾患における機能も検討している。胃から分泌されたグレリンによる摂食情報は、胃周辺の迷走神経末端から、迷走神経節および孤束核に到達し、孤束核から視床下部へはノルアドレナリン神経系を介して伝達されることを明らかにした。また、グレリン投与は、急性心筋梗塞モデルラットの交感神経活動を抑制して急性期死亡を減少させるため、虚血性心疾患におけるグレリンの有用性が示された。

      ①平成30年度は、グレリンの上記作用が全て自律神経を介したものなのか、心臓への直接作用も存在するのかについて検討を始めた。野生型マウス心臓組織におけるグレリン受容体であるGHS-R発現レベルをPCR法によって評価した結果、視床下部には顕著なGHS-R発現を認めたが、心臓組織ではGHS-Rの発現を認めなかった。そこで神経特異的GHS-Rノックアウトマウスを作製して心筋梗塞モデルを施し、対照群との間で急性期死亡・慢性期リモデリングを比較検討することを意図し、Synapsin-Cre-Tgマウスの作製に着手した。ヒトSynapsinプロモーターをCreリコンビナーゼのcDNA上流に組み込んだプラスミドを構築し、最終的にCreが検出されたマウスが得られた。今後、GHS-R floxマウスとSynapsin-Cre-Tgマウスを交配して、神経特異的GHS-Rノックアウトマウスを作製する予定である。

    • グレリンや受容体の構造と分子進化、また活性とそれらの関連を明らかにするため、鳥類、爬虫類、両生類、魚類などの非哺乳類を材料に研究を進めている。これまで、両生類のアカガエル属では脂肪酸修飾された3番目のアミノ酸が哺乳類のセリンからスレオニンに置換していること、魚類のグレリンはC末端がアミド化されていることなど哺乳類にはないユニークな構造をもつこと、またグレリンが魚類、両生類、鳥類でも下垂体から成長ホルモン分泌を促したり、摂食を調節することなど、グレリンの分子進化や構造、活性について特異かつ重要な知見を得ている。

      ②鳥の渡り行動に関して、クロウタドリの研究では、ストップオーバー(途中待機場所)における血漿グレリン濃度と渡り行動を誘発すると考えられているコルチコステロンの間に相関が認められなかった。またヒガラを用いた研究では末梢投与したグレリンやレプチンは喰い溜めや体重増加を抑制する効果があることを明らかにした。

  4. Bone Morphogenetic Protein-3bの新たな機能に関する研究
    • Bone Morphogenetic Protein-3b(BMP-3b)は、我々が骨組織より1996年に同定したタンパク質である。BMP-3bは、構造上BMPファミリーに属するが、他のBMPファミリーとは異なる独自の作用を有している。例えば、Smad2/3系を介した骨形成抑制作用や脂肪細胞分化抑制作用などである。BMP-3bは、循環調節に重要な部位に存在しており、これら組織における新たな機能解明を目指した研究を推進している。

      ①循環器疾患の基盤となる肥満における役割解明のため、BMP-3bを脂肪組織特異的に過剰発現するマウス(Tg)の肥満における作用を調べたところ、抗肥満作用(エネルギー消費亢進、インスリン感受性亢進、脂肪細胞肥大化抑制)を呈した。エネルギー消費亢進作用は白色脂肪細胞分化抑制に加え褐色脂肪組織の活性化に起因することが明らかとなった。一方、全身性BMP-3b 欠損マウス(普通食)では、Tgの結果からの予想に反し体重は減少傾向であったのでその要因を探ったところ、骨格筋重量が減少していることが判明し、BMP-3bの骨格筋に対する新たな機能が示唆された。

  5. 新しい活性検出法の構築と新規生理活性ペプチドの探索に関する研究
    • 生理活性ペプチドは、それぞれ特異的な受容体を介して細胞に情報を伝達しており、受容体の多くはGタンパク質共役型受容体(GPCR)である。従来より、リガンドが不明なため機能が知られてないGPCR遺伝子(オーファンGPCR)は数多く存在し、内因性リガンド探索による新規ペプチドの同定が期待されている。これまでに、生化学部ではこの手法を用いて、グレリンやニューロメジンU、ニューロメジンSを単離・同定している。現在でも新たな活性検出法を導入し、未知のペプチド探索を進めている。

      ①リガンド結合による標的GPCRの活性化を検出するためには、共役する4種類のGαタンパク質が伝達する細胞内シグナルをそれぞれ測定する必要がある。しかし、オーファンGPCRは共役するGタンパク質が不明であるため、効率よく活性検出することは容易ではない。そこで、平成30年度の研究では、EnSightシステムを導入し、GPCRにリガンドが結合することによる細胞骨格や細胞の形態、容積などの変化について、細胞に対する反射光の波長変化として測定することにより、共役するGタンパク質の種類を問わず検出することに成功した。本アッセイ法は、オーファンGPCRの内因性リガンド探索において非常に有効であり、今後の成果が期待される。

研究業績

  1. Kitamura H, Nakano D, Sawanobori Y, Asaga T, Yokoi H, Yanagita M, Mukoyama M, Tokudome T, Kangawa K, Shirakami G, Nishiyama A. Guanylyl Cyclase A in Both Renal Proximal Tubular and Vascular Endothelial Cells Protects the Kidney against Acute Injury in Rodent Experimental Endotoxemia Models. Anesthesiology. 129, 296-310, 2018.
  2. Ishikane S, Hosoda H, Nojiri T, Tokudome T, Mizutani T, Miura K, Akitake Y, Kimura T, Imamichi Y, Kawabe S, Toyohira Y, Yanagihara N, Takahashi-Yanaga F, Miyazato M, Miyamoto K, Kangawa K. Angiotensin II promotes pulmonary metastasis of melanoma through the activation of adhesion molecules in vascular endothelial cells. Biochemical Pharmacology. 154, 136-147, 2018.
  3. Miyoshi T, Hosoda H, Umekawa T, Asada T, Fujiwara A, Kurosaki K, Shiraishi I, Nakai M, Nishimura K, Miyazato M, Kangawa K, Ikeda T, Yoshimatsu J, Minamino N. Amniotic Fluid Natriuretic Peptide Levels in Fetuses With Congenital Heart Defects or Arrhythmias. Circulation Journal. 82, 2619-2626, 2018.
  4. Miyazaki T, Otani K, Chiba A, Nishimura H, Tokudome T, Takano-Watanabe H, Matsuo A, Ishikawa H, Shimamoto K, Fukui H, Kanai Y, Yasoda A, Ogata S, Nishimura K, Minamino N, Mochizuki N. A New Secretory Peptide of Natriuretic Peptide Family, Osteocrin, Suppresses the Progression of Congestive Heart Failure After Myocardial Infarction. Circulation Research. 122, 742-751, 2018.
  5. Ogawa Y, Tsuji M, Tanaka E, Miyazato M, Hino J. Bone Morphogenetic Protein (BMP)-3b Gene Depletion Causes High Mortality in a Mouse Model o Neonatal Hypoxic-Ischemic Encephalopathy. Frontiers In Neurology. 9, 397, 2018.
  6. Zenitani M, Nojiri T, Hosoda H, Kimura T, Uehara S, Miyazato M, Okuyama H, Kangawa K. Chemotherapy can promote liver metastasis by enhancing metastatic niche formation in mice. Journal of Surgical Research. 224, 50-57, 2018.
  7. Bae CR, Hino J, Hosoda H, Miyazato M, Kangawa K. C-type natriuretic peptide (CNP) in endothelial cells attenuates hepatic fibrosis and inflammation in non-alcoholic steatohepatitis. Life Sciences. 209, 349-356, 2018.
  8. Akieda-Asai S, Ida T, Miyazato M, Kangawa K, Date Y. Interleukin-15 derived from Guanylin-GC-C-expressing macrophages inhibits fatty acid synthase in adipocytes. Peptides. 99, 14-19, 2018.
  9. Okuhara Y, Kaiya H, Teraoka H, Kitazawa T. Structural determination, distribution, and physiological actions of ghrelin in the guinea pig. Peptides. 99, 70-81, 2018.
  10. Teranishi H, Hayashi M, Higa R, Mori K, Miyazawa T, Hino J, Amano Y, Tozawa R, Ida T, Hanada T, Miyazato M, Hanada R, Kangawa K, Nakao K. Role of neuromedin U in accelerating of non-alcoholic steatohepatitis in mice. Peptides. 99, 134-141, 2018.
  11. Eikenaar C, Hessler S, Ballstaedt E, Schmaljohann H, Kaiya H. Ghrelin, corticosterone and the resumption of migration from stopover, an automated telemetry study. Physiology & Behavior. 194, 450-455, 2018.
  12. Henderson LJ, Cockcroft RC, Kaiya H, Boswell T, Smulders TV. Peripherally injected gherlin and leptin reduce food hoarding and mass gain in the coal tit (Peripaus ater). Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 285, 20180417, 2018.
  13. Bae CR, Hino J, Hosoda H, Son C, Makino H, Tokudome T, Tomita T, Hosoda K, Miyazato M, Kangawa K. Adipocyte-specific expression of C-type natriuretic peptide suppresses lipid metabolism and adipocyte hypertrophy in adipose tissues in mice fed high-fat diet. Scientific Reports. 8, 2093, 2018.
  14. Katayama Y, Sakamoto T, Saito K, Tsuchimochi H, Kaiya H, Watanabe T, Pearson JT, Takei Y. Drinking by amphibious fish: convergent evolution of thirst mechanisms during vertebrate terrestrialization. Scientific Reports. 8, 625, 2018.
  15. Miyoshi T, Umekawa T, Hosoda H, Asada T, Fujiwara A, Kurosaki KI, Shiraishi I, Nakai M, Nishimura K, Miyazato M, Kangawa K, Ikeda T, Yoshimatsu J, Minamino N. Plasma natriuretic peptide levels in fetuses with congenital heart defect and/or arrhythmia. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology. 52, 609-616, 2018.
  16. 徳留 健, 宮里 幹也, 寒川 賢治. グレリンの可能性:特に循環器系に対して. 循環器内科. 84, 381-389, 2018.

過去の業績

最終更新日 2020年04月08日

ページ上部へ