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Takashima, Shinichiro ; Sugimoto, Naotoshi ; Takuwa, Noriko ; Okamoto, Yasuo ; Yoshioka, Kazuaki ; Takamura, Masayuki ; Takata, Shigeo ; Kaneko, Shuichi ; Takuwa, Yoh
概要:
金沢大学医薬保健研究域医学系<br />Aims: The lysophospholipid mediator sphingosine-1-phosphate (S1P) activates G protein-coupled recept
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ors (GPCRs) to induce potent inhibition of platelet-derived growth factor (PDGF)-induced Rac activation and, thereby, chemotaxis in rat vascular smooth muscle cells (VSMCs). We explored the heterotrimeric G protein and the downstream mechanism that mediated S1P inhibition of Rac and cell migration in VSMCs. Methods and results: S1P inhibition of PDGF-induced cell migration and Rac activation in VSMCs was abolished by the selective S1P2 receptor antagonist JTE-013. The C-terminal peptides of Gα subunits (Gα-CTs) act as specific inhibitors of respective G protein-GPCR coupling. Adenovirus-mediated expression of Gα12-CT, Gα13-CT, and Gα q-CT, but not that of Gαs-CT or LacZ or pertussis toxin treatment, abrogated S1P inhibition of PDGF-induced Rac activation and migration, indicating that both G12/13 and Gq classes are necessary for the S1P inhibition. The expression of Gαq-CT as well as Gα12-CT and Gα13-CT also abolished S1P-induced Rho stimulation. C3 toxin, but not a Rho kinase inhibitor or a dominant negative form of Rho kinase, abolished S1P inhibition of PDGF-induced Rac activation and cell migration. The angiotensin II receptor AT1, which robustly couples to Gq, did not mediate either Rho activation or inhibition of PDGF-induced Rac activation or migration, suggesting that activation of Gq alone was not sufficient for Rho activation and resultant Rac inhibition. However, the AT1 receptor fused to Gα12 was able to induce not only Rho stimulation but also inhibition of PDGF-induced Rac activation and migration. Phospholipase C inhibition did not affect S1P-induced Rho activation, and protein kinase C activation by a phorbol ester did not mimic S1P action, suggesting that S1P inhibition of migration or Rac was not dependent on the phospholipase C pathway. Conclusion: These observations together suggest that S1P2 mediates inhibition of Rac and migration through the coordinated action of G 12/13 and Gq for Rho activation in VSMCs. © The Author 2008..
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多久和, 陽 ; Takuwa, Yoh
概要:
金沢大学医薬保健研究域医学系<br />癌の浸潤・転移には、細胞運動はきわめて重要な役割を果たしていることは周知の事実である。新規脂質メディエーター スフィンゴシン-1-リン酸(S1P)は、細胞膜表面G蛋白共役型受容体(GPCR)群Edgフ
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ァミリーを介して、細胞遊走、形態変化などの多彩な生物活性を示す。特に、細胞運動に関しては、Edg1及びEdg3は細胞運動促進的に、Edg5は細胞運動抑制的に作用することをこれまでに明らかにして来た。本研究においてS1Pが内因性に発現しているEdg5受容体を介してマウスB16メラノーマ細胞のインビトロ浸潤を抑制すること、この作用にはRac活性の抑制とRho活性の促進が必要であること、さらに、尾静脈注入後肺転移モデルを用いてS1PがB16メラノーマ細胞の転移を抑制すること、この抑制作用もRac活性の抑制を介していると考えられることを示した。一方、Edg5とは正反対に、強制発現させたEdg1とEdg3は両者ともに浸潤・転移を促進し、この作用はRacの活性化を伴った。以上の結果から、Edg受容体はサブタイプ特異的にがん細胞の浸潤・転移を二方向性に制御しうること、さらにこれらの作用にはRac活性の二方向性制御が関与していることが示された。<br />研究課題/領域番号:15024224, 研究期間(年度):2003<br />出典：「G蛋白共役型受容体による癌の浸潤・転移の制御とその分子メカニズム」研究成果報告書 課題番号15024224（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-15024224/)を加工して作成
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多久和, 陽 ; Takuwa, Yoh
概要:
スフィンゴシン-1-リン酸(S1P)/Edg受容体システムの心血管における生理機能および心血管系および腫瘍における病態生理的役割を様々な遺伝子改変マウスを用いて解析し、さらにヒト疾患モデルを作成して治療法開発のための基礎研究を行った。S1P
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受容体のひとつであるEdg5は、血管壁では主に平滑筋に発現している。Edg5ノックアウト(KO)マウスは野生型マウスに比較して低血圧を示した。アンギオテンシンII・ACTH負荷、NO合成酵素阻害薬負荷に対する昇圧反応には差異が見られなかった。現在、マウス血管のRho経路の活性を検討中である。マウス後肢虚血モデルにおいて野生型マウス虚血局所へのS1Pの投与は虚血後血管新生を促進して血流回復を早めた。また、S1P産生が亢進しているスフィンゴシンキナーゼ(SphK)トランスジェニック(Tg)マウスでは野生型マウスに比して虚血後血管新生が促進していた。また、インビトロ管腔形成アッセイでEdg5受容体遮断はS1Pの血管新生作用を増強した。Edg1を過剰発現するEdg1-Tgマウスが生後3カ月より進行性の心肥大を呈することを見い出した。心筋細胞ではEdg1発現が亢進しており、ERKリン酸化も増加していた。また、心肥大はアンギオテンシンIIシグナルに依存していた。Edg5を介した癌(B16)細胞遊走抑制はRhoに依存していたがRhoキナーゼには依存せず、またPTENを必要としなかった。Edg5は同細胞のフィブロネクチンへの接着を強く抑制した。宿主Edg1受容体の活性化が癌細胞の尾静脈注入後肺転移を促進することを見いだした。以上の結果は、S1P/Edgシステムが血圧調節などの心血管ホメオスターシスや心肥大・血管新生・腫瘍転移などの病態生理において重要な役割を有していることを示して+おり、S1P/Edgシステムを標的とした治療が有効である可能性を示唆する。<br />We investigated physiological and pathophysiological roles of sphingosine-l-phosphate (S1P) and its receptors in the cardiovascular system and tumor progression. Slp exerts its pleiotropic effects through acting on the Edg family receptors. The mice that is null for the S1P receptor Edg5 exhibits hypotension compared with wild type littermates. The Edg5-knockout (Edg5-KO) mice showed similar extents of pressor responses to angiotensin II, ACTH, and the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME, as the wild type mice. In the murine hindlimb ischemic model due to femoral artery ligation, daily local intramuscular injection into the ischemic limb promoted the recovery of the blood flow with a concomitant increase in the capillary density in the ischemic limb. The PLGA-based slow-releasing S1P that we invented was also effective in stimulating the blood flow recovery. We also found that the mice transgenic for the S1P-synthesizing enzyme sphingosine kinase-1 showed stimulated recovery in the post-ischemic blood flow. In the in vitro capillary-like tube formation assay, the anti-migratory receptor Edg5 inhibited tube formation, and the blockade of Edg5 stimulated tube formation. Thus, Edg5 is likely anti-angiogenic receptor. Edgl is expressed in cardiomyocytes, however, its role is not known. We found that the mice transgenic for Edgl exhibited cardiac hypertrophy, which was prevented by an AT1 receptor antagonist. In the murine tail vein injection model, an Edgl agonist stimulated lung metastasis of B16 melanoma cells probably through acting on Edgl in the host tissues. These results collectively indicate that S1P-Edg system plays important roles in the cardiovascular homeostasis and the cardiovascular and tumor pathophysiology, and suggest potential usefulness of novel therapeutic strategy to target the S1P-Edg system.<br />研究課題/領域番号:17390054, 研究期間(年度):2005-2006<br />出典：「遺伝子改変マウスを用いた生理活性脂質S1P・Edg受容体システムの統合的研究」研究成果報告書 課題番号17390054 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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多久和, 陽 ; Takuwa, Yoh
概要:
スフィンゴシン-1-リン酸(S1P)-Edgシステムの病態生理的意義の解明を目的として以下のインビトロ及びインビボでの成果を得た。S1P-Edgシステムによる二方向性細胞運動制御の分子機序を検討し、Edg1とEdg3はGiを介してRacを活
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性化し細胞運動を促進するのに対し、Edg5はG12/13、Rhoを介してRacを制御し細胞運動をすることを見い出した。S1Pは傷害血管新生内膜細胞における血管平滑筋増殖因子PDGF産生を促進した。この作用は、Edg1(=S1P_1)受容体を介し、Gi-Ras-ERK/p38MAPKからなる情報伝達経路に依存した。さらに、ERK/p38MAPKは血管平滑筋形質転換に重要な役割を果たす転写因子KLF5を誘導し、PDGF遺伝子の転写を活性化することを見出した。この他に、Edg5(=S1P_2)及びEdg3(=S1P_3)を介したRho-Rhoキナーゼ経路の活性化もPDGF発現に寄与した。Edg5は血管平滑筋細胞において強力にRhoを活性化し細胞運動を抑制することを見出していたが、Edg5によるRho活性化が一般に知られている三量体G蛋白G_<12/13>の他にG_qを介することを見出した。S1Pが血管内皮細胞に発現しているEdg1、Edg3を介して細胞遊走、細胞増殖を促進し血管新生を誘導することが示されているが、少なくとも一部の内皮細胞にはEdg5も発現しており、Edg5はEdg1、Edg3とは逆に細胞遊走を抑制して血管新生の抑制を引き起こすことを見出した。Edg1トランスジェニック(TG)マウス、S1P合成酵素スフィンゴシンキナーゼ(SK)TGマウスなどを用いて、個体レベルでのS1P-Edgシステムの血管新生、血管リモデリングなどに及ぼす作用を検討した。Edg1作用の増強、S1P合成の亢進は心血管ホメオスターシスに影響し、心血管の生理機能に変化をもたらすこと、また病態生理において役割を担うことが示唆された。<br />In order to delineate physiological and pathophysiological roles of sphingosine-1-phosphate (S1P), we conducted the following in vitro and in vivo investigations. S1P and its receptors regulate cell motility both positively and negatively. The S1P receptors Edg1 and Edg3 mediate Rac stimulation and thereby chemotaxis via Gi, whereas Edg5 mediates Rac inhibition and cell migration inhibition via G12/13 and Rho. Available evidence suggests that S1P could affect vascular smooth muscle accumulation in injured blood vessels. We found that S1P stimulated mRNA expression of platelet-derived growth factor (PDGF) A and B chains in neointimal smooth muscle. This stimulatory effect was mediated via Edg1-Gi-Ras-ERK/p38MAPK and Edg3/Edg5-Rho-Rho kinase. The ERK and p38MAPK mediated stimulation of KLF5 expression, which was necessary and sufficient for PDGF gene expression. S1P inhibits migration of vascular smooth muscle cells. This action was accompanied by Rac inhibition. Interestingly, both G12/13 and Gq were involved in S1P-induced Rac inhibition in vascular smooth muscle cells. In addition to Edg1 and Edg3, vascular endothelial cells express Edg5, which mediates inhibition of endothelial cell migration and capillary like tube formation. We generated Edg1-transgenic and sphingosine kinase-transgenic mice, and analyzed their phenotypes. Preliminary results show that S1P-Edg system is involved in the homeostasis of the cardiovascular system.<br />研究課題/領域番号:15390063, 研究期間(年度):2003-2004<br />出典：「生理活性脂質スフィンゴシン-1-リン酸・Edg受容体システムの分子生理学的研究」研究成果報告書 課題番号15390063 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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多久和, 陽 ; Takuwa, Yoh
概要:
金沢大学医学系研究科<br />Edg5ノックアウト(KO)マウス、S1P合成酵素Sphキナーゼトランスジェニック(Tg)マウス、S1P分解酵素S1PリアーゼTgマウスを作出した。また、これと平行してS1P・Edg受容体システムによる二方向
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性細胞運動制御の分子機構の解析を進めた。Edg5 KOマウスはメンデル則にしたがって出生した後、離乳までに半数近くが死亡するほか、成長後も死亡率が高い。Edg5KOマウスに10mmHg程度の血圧低下、Edg5KO雌マウスに子宮形成不全、少仔傾向を認める他は明らかな形態形成の異常は見られない。現在死因を解析中である。Sphキナーゼ、S1PリアーゼTgマウスでは、創傷治癒ならびに血管傷害後内皮肥厚のそれぞれ促進、遅延を認めている。Edg5による化学遊走及びRacの抑制は、三量体G蛋白質G_<12/13>と、そのエフェクターRhoを介していることを初めて明らかにした。Edg3はEdg5と同様にG_<12/13>に共役してRhoを活性化するが、Edg5とは異なりRacを活性化して遊走を促進した。Edg3のこの作用は百日咳毒素前処理により消失し、逆にEdg5同様Rac活性ならびに遊走の抑制に転じたことから、Edg3では優勢なGi共役がG_<12/13>を介した抑制作用をマスクしている結果、Rac活性及び遊走が促進されることが判明した。またさらに、マウスB16メラノーマ細胞を用いたin vivo浸潤、尾静脈注射後肺転移のモデルシステムを活用し、癌の浸潤・転移を典型例とする生体内細胞運動が、発現するEdg受容体アイソフォーム依存性に特異的に制御されていることを初めて明らかにした。<br />We tried to determine physiological and pathological roles of the sphingosine-1-phosphate (S1P)/Edg receptor axis, by using gene targeting and transgenic techniques and cell biological analysis.We generated Edg5 knockout mice, by the standard method. We found that mice homozygous for null mutation of Edg5 receptor gene are born, accordingly to the Mendelian law. Gross abnormality in the appearance and behavior of Edg5-/- mice is not observed. After birth, approximately 40 % of Edg5-/- mice die within 1 month. The reason of this increased mortality in the early stage is not known at present. Adult Edg5-/- mice display slightly lower blood pressure. Sphingosine kinase is a rate-limiting enzyme for the production of S1P. In sphingosine kinase-transgenic mice, the wound-healing process is promoted compared to wild type mice.Edg5 has unique activities to suppress cell migration and cellular Rac, different from Edg1 or Edg3, which both inhibit Rac activity cell migration. We found for the first time that Edg5 couples to inhibition of Rac via G12/13 and the small GTPase Rho. We observed that Edg5 exerts inhibition of cell motility and invasion of tumor cells, resulting in suppression of metastasis in vivo.<br />研究課題/領域番号:13470008, 研究期間(年度):2001 – 2002<br />出典：「モルフォーゲン活性を有する新規生理活性脂質S1Pの生理機能の分子生物学的解析」研究成果報告書 課題番号13470008（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-13470008/134700082002kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成
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