後藤 薫

〜研究紹介〜
＜イントロ＞
生体機能におけるリン脂質代謝の役割について、『ジアシルグリセロールキナーゼ（DGK）の機能解析』を中心に研究を行っています。生体膜を構成するリン脂質は、グリセロ脂質ジアシルグリセロール（DG）のリン酸化を起点として合成されますが、DGは生体膜リン脂質の材料としてのみならず、貯蔵エネルギー・トリグリセリド（TG）合成の前駆体および分解産物でもあり、さらに二次情報伝達物質としてPKCなどを介する細胞内シグナル伝達系にも関与します。

DGKは、このDGをリン酸化しフォスファチジン酸（PA）に変換する酵素で、1990年に札幌医大、坂根・加納らにより遺伝子クローニングが報告されました（Sakane et al. Nature 1990）。私たちは、このDGKの形態学的解析を目的として研究を開始しましたが、幸運にも新しいDGKアイソザイム（DGKβ, -γ, -ζ, -ι）が存在することを見出し、これらの発現局在解析により「DGKファミリーの分子ならびに発現局在の多様性」の一端を明らかにしてきました（<<代表論文>>を参照）。

DGKファミリーの分子・発現局在の多様性は、各々のDGKアイソザイムがそれぞれ特有の機能を担うのではないかと考え、現在、組織発現ならびに細胞内局在をヒントにして、様々な病態モデルを用いた機能解析を行っています。
（ASBMB Today 2018 November, https://www.asbmb.org/asbmbtoday/201811/Lipidnews/）


＜研究の中心課題＞
DGの役割は、１）生体膜構造の基本分子リン脂質の生合成、２）エネルギー代謝、３）細胞内情報伝達系、に分けられますが、これら３つの機能は、生体内の全細胞に共通する普遍的なものです。しかし、これらは独立したものではなく、各々の役割、すなわち「構造」「エネルギー」「情報」は見る角度の違いによるものではないか、と私は考えています。

DGKは、このように様々な側面を持つDGに働きかける主要な酵素であり、DGKの作用によるDGからPAへの変換は、細胞内の「構造」「エネルギー」「情報」の全体を大きく変化させると考えられます。

また最近の研究により、DGKの作用は、DGからPAへの酵素活性を介する「酵素活性依存性」の働きと、足場タンパクとして機能する「酵素活性非依存性」の働きがあるという研究結果を得つつあります (Tanaka et al. BBA - Mol Cell Res. 2021)。さらに近年、免疫沈降／質量分析の手法を用いて様々なDGK結合タンパクを同定しており、各DGKアイソザイム単独での解析に加え、『DGK結合タンパク複合体』としての機能解析を進めています。

『DGKという酵素ファミリーを介して生命現象を覗いて見る』、これが私の中心テーマです。
「構造」に関しては、細胞内小器官レベルでの形態学的特徴と発現局在；「エネルギー」については、TGの貯蔵ならびに分解・利用のメカニズム、さらには解糖系とβ酸化によるATP産生機構のバランス調節；「情報」については、細胞内シグナル伝達および核内の転写調節機構、についてこれら３つの観点の相互調節機構を明らかにすべく、日々研究を行っています。


<<代表論文>>
＜DGKの病態解析に関する主要論文＞
１）DGKζを介するストレス応答機構の解析（転写因子p53およびNF-kB制御メカニズム）

♦Tanaka T, Nakano T, Hozumi Y, Martelli AM, Goto KRegulation of p53 and NF-κB transactivation activities by DGKζ in catalytic activity- dependent and -independent manners. Biochim Biophys Acta (BBA) - Mol Cell Res. 2021;1868:118953.

♦Akimoto R, Tanaka T, Nakano T, Hozumi Y, Kawamae K, Goto K. DGKζ depletion attenuates HIF-1α induction and SIRT1 expression, but enhances TAK1-mediated AMPKα phosphorylation under hypoxia. Cell Signal. 2020;71:109618.

♦Tanaka K, Tanaka T, Nakano T, Hozumi Y, Yanagida M, Araki Y, Iwazaki K, Takagi M, Goto K. Knockdown of DEAD-box RNA helicase DDX5 selectively attenuates serine 311 phosphorylation of NF-κB p65 subunit and expression level of anti-apoptotic factor Bcl-2. Cell Signal. 2020;65:109428.

♦Tanaka T, Hozumi Y, Martelli AM, Iino M, Goto K. Nucleosome assembly proteins NAP1L1 and NAP1L4 modulate p53 acetylation to regulate cell fate. Biochim Biophys Acta (BBA) - Mol Cell Res. 2019;1866(12):118560.

♦Tanaka T, Hozumi Y, Iino M, Goto K. NAP1L1 regulates NF-κB signaling pathway acting on anti-apoptotic Mcl-1 gene expression. BBA - Mol Cell Res. 2017;1864:1759-68.

♦Iwazaki K, Tanaka T, Hozumi Y, Okada M, Tsuchiya R,Iseki K,Topham MK, Kawamae K, Takagi M, Goto K. DGKζ Downregulation Enhances Osteoclast Differentiation and Bone Resorption Activity Under Inflammatory Conditions. J Cell Physiol. 2017;232:617-24.

♦Tanaka T, Tsuchiya R, Hozumi Y, Nakano T, Okada M, Goto K. Reciprocal regulation of p53 and NF-κB by diacylglycerol kinase ζ. Adv Biol Regul. 2016;60:15-21.

♦Tsuchiya R, Tanaka T, Hozumi Y, Nakano T, Okada M, Topham MK, Iino M, Goto K. Downregulation of diacylglycerol kinase ζ enhances activation of cytokine-induced NF-κB signaling pathway.
BBA - Mol Cell Res. 2015;1853:361-9.

♦Goto K, Tanaka T, Nakano T, Okada M, Hozumi Y, Topham MK, Martelli AM. DGKζ under stress conditions: "To be nuclear or cytoplasmic, that is the question." Adv Biol Regul. 2014;54:242-53.

♦Tanaka T, Okada M, Hozumi Y, Tachibana K, Kitanaka C, Hamamoto Y, Martelli AM, Topham MK, Iino M, Goto K. Cytoplasmic localization of DGKζ exerts a protective effect against p53-mediated cytotoxicity.
J Cell Sci. 2013;126:2785-97.

♦Okada M, Hozumi Y, Ichimura T, Tanaka T, Hasegawa H, Yamamoto M, Takahashi N, Iseki K, Yagisawa H, Shinkawa T, Isobe T, Goto K. NAP Interaction of nucleosome assembly proteins abolishes nuclear localization of DGKζ by attenuating its association with importins. Exp Cell Res. 2011;317:2853-63.


２）DGKεの脳内発現局在と高脂肪食給餌による生活習慣病動物モデルを用いた解析
♦Nakano T, Topham NK, Goto K. Mice lacking DGKε show increased beige adipogenesis in visceral white adipose tissue after long-term high fat diet in a COX-2-dependent manner. Adv Biol Regul. 2020;75:100659.

♦Nakano T, Seino K, Wakabayashi I, Stafforini DM, Topham MK, Goto K. Deletion of diacylglycerol kinase ε confers susceptibility to obesity via reduced lipolytic activity in murine adipocytes.
FASEB J. 2018;32:4121-31.

♦Hozumi Y, Fujiwara H, Kaneko K, Fujii S, Topham MK, Watanabe M, Goto K. Diacylglycerol kinase ε localizes to subsurface cisterns of cerebellar Purkinje cells. Cell Tissue Res. 2017;368:441-58.

♦Matsui H, Hozumi Y, Tanaka T, Okada M, Nakano T, Suzuki Y,Iseki K,Kakehata S, Topham MK, Goto K. Role of the N-terminal hydrophobic residues of DGKε in targeting the endoplasmic reticulum.
BBA - Mol Cell Biol Lipids. 2014;1842:1440-50.


３）DGKβの線条体ニューロンにおける免疫電顕解析と棘突起形成制御メカニズム
♦Hozumi Y, Watanabe M, Otani K, Goto K. Diacylglycerol kinase β promotes dendritic outgrowth and spine maturation in developing hippocampal neurons. BMC Neurosci. 2009;10:99.

♦Hozumi Y, Fukaya M, Adachi N, Saito N, Otani K, Kondo H, Watanabe M, Goto K. Diacylglycerol kinase β accumulates on the perisynaptic site of medium spiny neurons in the striatum.
Eur J Neurosci. 2008;28:2409-22.


４）脳虚血ストレス実験モデルを用いたDGKの発現変化の解析
♦Okada M, Hozumi Y, Tanaka T, Suzuki Y, Yanagida M, Araki Y, Evangelisti C, Yagisawa H, Topham MK, Martelli AM, Goto K. DGKζ is degraded through the cytoplasmic ubiquitin-proteasome system under excitotoxic conditions, which causes neuronal apoptosis because of aberrant cell cycle reentry.
Cell Signal. 2012;24:1573-82.

♦Suzuki Y, Yamazaki Y, Hozumi Y, Okada M, Tanaka T, Iseki K, Ohta N, Aoyagi M, Fujii S, Goto K. NMDA receptor-mediated Ca2+ influx triggers nucleocytoplasmic translocation of diacylglycerol kinase ζ under oxygen-glucose deprivation conditions, an in vitro model of ischemia, in rat hippocampal slices.
Histochem Cell Biol. 2012, 137:499-511.

♦Saino-Saito S, Hozumi Y, Goto K. Excitotoxicity by kainate-induced seizure causes diacylglycerol kinase ζ to shuttle from the nucleus to the cytoplasm in hippocampal neurons. Neurosci Lett. 2011;494:185-9.

♦Nakano T, Iseki K, Hozumi Y, Kawamae K, Wakabayashi I, Goto K. Brain trauma induces expression of diacylglycerol kinase ζ in microglia. Neurosci Lett. 2009;461:110-5.

♦Nakano T, Hozumi Y, Ali H, Saino-Saito S, Kamii H, Sato S, Kayama T, Watanabe M, Kondo H, Goto K. Diacylglycerol kinase ζ is involved in the process of cerebral infarction. Eur J Neurosci. 2006; 23:1427-35.

♦Ali H, Nakano T, Saino-Saito S, Hozumi Y, Katagiri Y, Kamii H, Sato S, Kayama T, Kondo H, Goto K. Selective translocation of diacylglycerol kinase ζ in hippocampal neurons under transient forebrain ischemia. Neurosci Lett. 2004;372: 190-5.


５）心臓機能におけるDGKの機能解析
♦Sasaki T, Shishido T, Kadowaki S, Kitahara T, Suzuki S, Katoh S, Funayama A, Netsu S, Watanabe T, Goto K, Takeishi Y, Kubota I. Diacylglycerol kinase α exacerbates cardiac injury after ischemia/reperfusion. Heart Vessels. 2014;29:110-8.

♦Niizeki T, Takeishi Y, Kitahara T, Arimoto T, Ishino M, Bilim O, Suzuki S, Sasaki T, Nakajima O, Walsh RA, Goto K, Kubota I. Diacylglycerol kinase ε restores cardiac dysfunction under chronic pressure overload: a new specific regulator of Galpha(q) signaling cascade. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2008;295:H245-55.

♦Niizeki T, Takeishi Y, Arimoto T, Takahashi H, Shishido T, Koyama Y, Goto K, Walsh RA, Kubota I. Cardiac specific overexpression of diacylglycerol kinase ζ attenuates left ventricular remodeling and improves survival after myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007;292:H1105-12.

♦Arimoto T, Takeishi Y, Takahashi H, Shishido T, Niizeki T, Koyama Y, Shiga R, Nozaki N, Nakajima O, Nishimaru K, Abe J, Endo M, Walsh RA, Goto K, Kubota I. Cardiac-specific overexpression of diacylglycerol kinase ζ prevents Gq protein-coupled receptor agonist-induced cardiac hypertrophy in transgenic mice. Circulation 2006;113:60-6.

♦Takahashi H, Takeishi Y, Seidler T, Arimoto T, Akiyama H, Hozumi Y, Koyama Y, Shishido T, Tsunoda Y, Niizeki T, Nozaki N, Abe J, Hasenfuss G, Goto K, Kubota I. Adenovirus-mediated overexpression of diacylglycerol kinase ζ inhibits endothelin-1-induced cardiomyocyte hypertrophy.
Circulation 2005;111:1510-6.

♦Yahagi H, Takeda M, Asaumi Y, Okumura K, Takahashi R, Takahashi J, Ohta J, Tada H, Minatoya Y, Sakuma M, Watanabe J, Goto K, Shirato K, Kagaya Y. Differential regulation of diacylglycerol kinase isozymes in cardiac hypertrophy. Biochem Biophys Res Commun. 2005; 332: 101-8.

♦Takeda M, Kagaya Y, Takahashi J, Sugie T, Ohta J, Watanabe J, Shirato K, Kondo H, Goto K. Gene expression and in situ localization of diacylglycerol kinase isozymes in normal and infarcted rat hearts: effects of captopril treatment. Circ Res. 2001; 89: 265-72.


＜DGKアイソザイムの遺伝子クローニング＞
●Ito T, Hozumi Y, Saino SS, Sakane F, Kanoh H, Aoyagi M, Kondo H, Goto K. Cloning and characterization of diacylglycerol kinase ι splice variants in rat brain.
J Biol Chem. 2004;279:23317-26.

●Caricasole A, Bettini E, Sala C, Ronearati R, Kobayasi N, Caldara F, Goto K. Terstappen,G.C. Molecular cloning and characterization of the human diacylglycerol kinase β gene: alternative splicing generates DGKβ isotypes with different properties.
J Biol Chem. 2002; 277: 4790-6.

●Goto K, Kondo H. 104-kDa diacylglycerol kinase containing ankyrin-like repeats localizes in the cell nucleus.
Proc Natl Acad Sci USA. 1996;93:11196-201.

●Goto K, Funayama M, Kondo H. Cloning and expression of a cytoskeleton-associated DGK which is dominantly expressed in cerebellum.
Proc Natl Acad Sci USA. 1994;91:13042-6.

●Goto K, Kondo H. Molecular cloning and expression of a 90-kDa diacylglycerol kinase that redominantly localizes in neurons.
Proc Natl Acad Sci USA. 1993;90: 7598-602.

●Goto K, Watanabe M, Kondo H, Yuasa H, Sakane F, Kanoh H. Gene cloning, sequence, expression and in situ localization of 80kDa diacylglycerol kinase specific to oligodendrocyte of rat brain.
Mol Brain Res. 1992;16:75-87.