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）等に繋げた。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等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）等についても、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

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、ANPとBNPは心筋細胞より分泌され、主に循環ホルモンとして機能する。ANPとBNPの機能的共通受容体であるguanylate cyclase-A（GC-A）は、血管内皮細胞に豊富に存在するため、ANPとBNPは血管恒常性維持ホルモンとしても作用している。

  GC-A遺伝子欠損マウス（GC-A-KO）のメスには、授乳中に死亡する個体が存在する。この理由を明らかにするため、野生型マウス（WT）とGC-A-KOの心機能・心重量等を、妊娠中・出産直後・授乳中に分けて解析した。結果、WTでは授乳中に心重量増加・心肥大関連遺伝子の発現増加・軽度の心機能低下を認めた。妊娠中・出産直後の心臓には特に異常を認めなかった。一方GC-A-KOでは、授乳期に顕著な心肥大・心機能低下を認め、これらは妊娠・出産を重ねるごとに増悪し、死亡する個体も存在した。
  授乳中に心臓にリモデリングが生じる理由を数種類の遺伝子改変マウスを用いて調べたところ、GC-A-KOでは血中アルドステロン濃度が授乳中に上昇し、神経系のミネラルコルチコイド受容体を介して心臓にIL-6の発現上昇を伴う炎症を惹起していることが分かった。以上の結果から、授乳は心臓の潜在的ストレスであること、GC-A-KOのメスは「周産期心筋症」のモデル動物になり得ること等が示唆された。

• CNPは主には血管内皮細胞等で産生・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。

  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過剰発現マウスの解析により、CNPは高脂肪食誘導性の肥満・糖尿病、非アルコール性脂肪肝炎（NASH）の改善作用を示した。さらに、遺伝性肥満マウス（ob）やコリン欠乏食誘導性NASHにおいても、食事性モデルと共通の抗炎症作用を見出し、CNPの慢性炎症疾患としての肥満・糖尿病における新たな機能を解明した。

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、中枢性体温調節等を示した。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強力なプロラクチン分泌促進活性を持つNMU precursor-related peptideが産生されることを明らかにした。

  下垂体からのプロラクチン分泌は視床下部弓状核から放出されるドーパミンによって抑制的に制御されている。この弓状核ではNMU受容体2型が豊富に発現していた。NMUをラットへ脳室内投与すると、弓状核のドーパミン産生細胞が活性化されるとともに、血漿プロラクチン濃度の顕著な低下が観察された。また、NMUを下垂体前葉細胞に直接的に作用させると、プロラクチンの分泌を抑制することができなかった。これらの結果は、NMUが弓状核に作用してドーパミン分泌を増大させることにより、下垂体からのプロラクチン分泌を抑制していることを示唆している。

3. グレリン（Ghrelin）に関する研究

• 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、魚類等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等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、腸管運動を調節すること等、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。

  グレリンファミリーであるモチリンについて、既報の結果とは異なり、モルモットにはモチリンが存在せず、腸管運動にも無効であることを証明した。またアメリカナマズには第3の機能的なグレリン受容体が存在し、それは他の2種の受容体とは異なる組織分布を示し、新たな機能分子として働いていることを示した。

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等である。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。

  BMP-3bの脂肪組織特異的過剰発現マウスの解析にて、BMP-3bの抗肥満、エネルギー消費亢進作用（活動量やVO2消費量）に基づく循環器疾患の基盤となる肥満における新たな役割を解明した。エネルギー消費作用については、褐色脂肪細胞の活性化に加え、視床下部等への中枢性作用に起因することが示唆された。一方、全身性BMP-3b欠損マウスでは、エネルギー消費に大きな役割を果たす骨格筋の萎縮（重量、骨格筋細胞サイズの減少）が判明した。更に、骨格筋におけるBMP-3bの発現量が、加齢に伴い顕著に減少し、BMP-3bと加齢性筋萎縮症との関連性を強く示す結果となった。

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。

  オーファンGPCRは結合するリガンドだけでなく、共役するGαタンパク質も不明であるため、Gαタンパク質ごとに個別の活性検出系を用いてリガンド探索を進める必要がある。2019年度は、共役するGαタンパク質に依存しない活性検出系（CellKeyシステム、TGFa切断アッセイ、EnSightシステム）を駆使したリガンド探索を実施した。
  その結果、複数のオーファンGPCR発現細胞に対し、組織抽出物より生物活性の検出に成功しており、今後、活性を指標にイオン交換、逆相HPLCを組み合わせて精製を行い、内因性リガンド同定を目指す。

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