１．スフィンゴ脂質の研究

スフィンゴ脂質は、細胞膜上に存在し、多数の分子種から成る一群の物質です。最も基本的なスフィンゴ脂質はセラミドで、この物質に様々な種類の糖鎖が付加されて、スフィンゴ糖脂質となります。スフィンゴ糖脂質は糖鎖の違いにより多くの分子種が知られており、細胞間相互作用、分化誘導、細胞接着など、様々な現象に関係しています。スフィンゴ脂質の代謝異常は、ゴーシェ病、糖尿病、多剤耐性がんなど様々な病気の原因になります。スフィンゴ糖脂質の合成は、グルコシルセラミド合成酵素による、セラミドのグルコシル化反応から始まります。一方で、グルコシルセラミド合成酵素の基質であるセラミドは、細胞を自殺に導くシグナル分子であると考えられるようになってきています。このため、グルコシルセラミド合成酵素の活性上昇がセラミドの量を減少させ細胞死を抑制していると考えられるようになってきました。私たちはグルコシルセラミド合成酵素の遺伝子の発現や酵素活性の変化を調べることにより、どのような時にグルコシルセラミド合成酵素が細胞死を抑えるかを調べています。また、グルコシルセラミド合成酵素を持たない細胞やその阻害剤を使って、スフィンゴ糖脂質の体の中での働きを調べています。今後、グルコシルセラミドを中心とするスフィンゴ脂質類の今まで知られていない生体内の働きを見つけて行きたいと考えています。

最近は、医薬品や機能性を持つ食品の開発を目指して、グルコシルセラミド合成酵素を阻害する化合物、食品および植物の探索も行っています。

グルコシルセラミド合成酵素活性の検出

２．細胞死を抑制する遺伝子の研究

ヒトの体を構成する生体成分は、常に外部からの放射線、化学物質や、体内で代謝により生成する毒性物質、活性酸素などにより損傷を受け続けています。生体には、異常が起きた物質や細胞を排除し、再生産する機構が備わっていますが、その働きは完全ではありません。異常な生体成分の蓄積、特に遺伝子に蓄積される変異は、ガンを含む多くの疾患や老化の原因となっています。近年、分子生物学の進歩により、多くの種類のガンが、複数のガン遺伝子やガン抑制遺伝子の変異によって生じることが明らかにされてきました。一方で種々の早老症（老化が正常人よりも早く進む疾患）の研究から、遺伝子の修復や、ゲノムの安定化に関係する、老化抑制遺伝子の存在が明らかになってきています。これらの遺伝子の研究から、老化の主要な原因は、遺伝子に蓄積した異常や細胞にかかるストレスによる細胞の機能不全と、それに続いておきる細胞死による、細胞の減少だと考えられるようになってきています。

そこで、私たちは活性酸素やDNA傷害によって起きる細胞死を抑制する遺伝子群の探索を試みています。方法としては発現クローニングという方法を用いています（図）。まず、培養細胞にレトロウィルスベクターを用いて7.5日胚由来の cDNA ライブラリーを導入します。マウスの7.5日胚は、ちょうど体の形ができ始める時期にあたり、多種多様な遺伝子が発現しています。また、一般的に発生の初期ほど遺伝子の防御、修復能力が高いと予測されています。個々の細胞にはcDNAライブラリーから、それぞれ異なったcDNAが導入され染色体DNAの中に組み込まれます。また、そこから作られるタンパク質によって各々が異なった性質を持つようになります。次に、このような細胞の集団を、DNA傷害性薬剤や活性酸素を発生する薬剤で処理し細胞死を誘導します。目的のcDNAを導入された細胞は薬剤に対して抵抗性となり生き残るので、これらの細胞から導入されたcDNAを再び取り出して分析します。現在、活性酸素の一つである過酸化水素については、細胞死を抑えるcDNA(遺伝子)を数種類見つけており、その作用機構について分析を行っています。これら遺伝子を調べることにより細胞死を抑制する経路について新たな知識が得られ、将来老化やがんの研究につながるのではないか期待しています。

３．脂肪肝の研究

食べ物を食べすぎると、エネルギーとして使われなかった栄養の一部は、中性脂肪となって肝臓の細胞にたくわえられます。こういった中性脂肪は細胞の中で脂の粒（脂肪滴）になります。このようにして肝臓の細胞の中で脂肪滴を持つ細胞が多くなった状態を脂肪肝（非アルコール性脂肪肝）とよびます。フランス料理に使われるフォアグラは、人間がトリに餌を過剰に食べさせて作った脂肪肝です。食べ過ぎによって起きる脂肪肝は今まであまり体に害がないと考えられていました。しかし、最近脂肪肝の一部が、炎症を起こし肝炎（非アルコール性脂肪肝炎）になり最終的に肝臓がんの原因になることが分かってきています。私たちはシャーレの中で培養した肝臓細胞株を用いて、脂肪肝を抑える食品、植物や化合物の探索を行っています。また、脂肪肝を抑えることが分かった物については、その仕組みを生化学的手法や分子生物学的手法を用いて分析しています。

培養細胞の脂肪肝モデル 赤い粒子が脂肪滴

４．痛みの研究

けがなどをした時に、長い間強い痛みを感じていると、傷がなおったあとも痛みが消えないことがあります。こういった痛みを慢性痛といいます。私達はある特定の種類の慢性痛の形成に特定のイオンチャネルの異常が関係しているのではないかと考えて研究を行っています。また、細胞膜上の脂質の組成が各種イオンチャネルに及ぼす影響についても調べています。

イオンチャネル活性の測定

1. Tsurumaki, H. Katano, H., Sato, K., Imai, R., Niino, S., Hirabayashi, Y. and Ichikawa, S. (2017) WP1066, established small molecule inhibitor of Janus kinase/STAT3 pathway inhibits ceramide glucosyltransferase activity Biochem. Biophys. Res. Commun. 491, 265-270
2. Takahash, T., Sugawara, W., Takiguchi, Y., Takizawa, K. Nakabayashi, Y., Nakamura, Y., Nagano-Ito, M. and Ichikawa, S. (2016) Identification of plants that inhibit lipid droplet formation in liver cells: Rubus suavissimus leaf extract protects mice from high fat diet-induced fatty liver by directly affecting liver cells Evid. Based. Complement. Alternat. Med.(eCAM) 2016, Article ID 4282758, 9 pages
3. Niino, S., Nakamura, Y., Hirabayashi, Y., Nagano-Ito, M. and Ichikawa, S. (2013) A small molecule inhibitor of Bcl-2, HA14-1, also inhibits ceramide glucosyltransferase Biochem. Biophys. Res. Commun. 433, 170-174
4. Nagano-Ito, M and Ichikawa, S (2012) Biological effect of mammalian Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) on cell death, proliferation, and tumorigenesis Biochem. Res. Int. 2012, Article ID 204960, 7pages
5. Aida, J., Higuchi, S., Hasegawa, Y., Nagano-Ito, M., Hirabayashi, Y., Banba, A., Shimizu, T., Kikuchi, A., Saga, M., and Ichikawa, S. (2011) Up-regulation of ceramide glucosyltransferase during the differentiation of U937 cells J. Biochem. 150, 303-310
6. Nagano-Ito, M., Banba, A., and Ichikawa, S. (2009) Identification of genes that suppress oxidative-stress induced cell death by functional cloning: TCTP prevents hydrogen peroxide-induced cell death FEBS lett. 583, 1363-1367
7. Nagano-Ito, M., Tamura, M., Tsurumaki, M., Yoshikawa, S., and Ichikawa, S. (2007) Identification and characterization of a novel alternative splice variant of mouse GMx33a/GPP34 Gene 400, 82-88
8. Miyoshi, I., Okamura,T., Kasai, N., Kimoto, T., Ichikawa, S., Osuka, S., Hirabayashi, Y. (2006) Conventional/conditional knockout mice; Sphingolipid Biology (Eds, Hirabayashi Y., Igarashi, Y., and Merrill, A. H., Springer) pp.443-451
9. Uchida,Y., Itoh,. Taguchi,Y., Yamaoka, S., Umehara1,H., Ichikawa,S., Hirabayashi Y., Holleran,W.M. and Okazaki, T. (2004) Ceramide reduction and transcriptional up-regulation of glucosylceramide synthase through Doxorubicin-activated Sp1 in drug-resistant HL-60/ADR cells Cancer Res. 64, 6271-6279
10. Stanic, A. K., De Silva. A. D., Park, J-J., Sriram, V., Ichikawa, S., Hirabayashi Y., Hayakawa, K., Kaer, L. V., Brutkiewicz, R. R., and Sebastian, J. (2003) Defective presentation of the CD1d-restricted natural Va14Ja18NKT lymphocyte antigen caused by b-D-glucosylceramide synthase deficiency Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 1849-1854
11. Uchida, Y. Murata, S., Schumuth, M., Behne, M. J., Lee, J. D., Ichikawa, S., Elias, P. M., Hirabayashi, Y. and Holleran, W. M. (2002) Glucosylceramide synthesis and synthase expression protect against ceramide-induced stress J. Lipid Res. 43, 1293-1302