ヒト赤芽球の脱核におけるエネルギー代謝制御機構の解明

ヒト赤芽球は酸素濃度5%以下の低酸素環境下で１日に約2000億個の脱核をして赤血球に成熟する。本研究では、ヒト赤芽球のエネルギー代謝の制御機構を明らかにし、脱核のメカニズムとその生物学的意義の解明を目指している。平成28年度では、解糖系関連分子の発言と翻訳後修飾に焦点を絞りCFU-Eから脱核までの経時的な変化について以下の成果を得た。（１）ピルビン酸脱水素酵素（PDH）のセリン300番残基は、CFU-Eから脱核まで持続的にリン酸化されていたことから、酸化的リン酸化によるATP産生が抑制されていると考えられた。ヒト赤芽球のPDHリン酸化酵素（PDK）のアイソザイムの中でPDK4は脱核に至るまで強く発現していたが、PDK1は経時的に減少し、PDK2とPDK3の発現は有意に低かった。（２）グルタミン酸代謝によるATP産生をDONで阻害すると、CFU-Eの増殖は抑制されたが脱核率は変化しなかった。（３）低酸素誘導因子（HIF1α）の発現阻害による脱核率との関係ついて、KC7F2を用いて解析した。阻害剤の濃度依存性にCFU-Eの増殖及び脱核率が低下したが、細胞内ATP量の有意な減少を認めることができなかった。（４）乳酸脱水素酵素（LDH）のヒト赤芽球アイソザイムの発現は、赤芽球の終末分化で経時的な変化がなく、また、成熟赤血球と同じくLDHB4を主体とする三種類であった。スチリペントール（LDHA及びLDHBの両方を阻害する）でLDH活性を阻害すると細胞内ATP量の減少に相関してCFU-Eの増殖率と脱核率の低下を認めた。一方、前年度報告したヒドロキシクロロキン（HCQ、自己免疫疾患治療薬）による脱核率の低下は、LDHの活性阻害ではないことが反応速度論的解析から明らかになったことから、赤芽球にはHCQによって細胞分化が阻害される標的分子の存在が示唆された。

ヒト赤芽球は酸素濃度5%以下の低酸素環境下で１日に約2000億個の脱核をして赤血球に成熟する。本研究では、ヒト赤芽球のエネルギー代謝の制御機構を明らかにし、脱核のメカニズムとその生物学的意義の解明を目指している。平成28年度では、解糖系関連分子の発言と翻訳後修飾に焦点を絞りCFU-Eから脱核までの経時的な変化について以下の成果を得た。（１）ピルビン酸脱水素酵素（PDH）のセリン300番残基は、CFU-Eから脱核まで持続的にリン酸化されていたことから、酸化的リン酸化によるATP産生が抑制されていると考えられた。ヒト赤芽球のPDHリン酸化酵素（PDK）のアイソザイムの中でPDK4は脱核に至るまで強く発現していたが、PDK1は経時的に減少し、PDK2とPDK3の発現は有意に低かった。（２）グルタミン酸代謝によるATP産生をDONで阻害すると、CFU-Eの増殖は抑制されたが脱核率は変化しなかった。（３）低酸素誘導因子（HIF1α）の発現阻害による脱核率との関係ついて、KC7F2を用いて解析した。阻害剤の濃度依存性にCFU-Eの増殖及び脱核率が低下したが、細胞内ATP量の有意な減少を認めることができなかった。（４）乳酸脱水素酵素（LDH）のヒト赤芽球アイソザイムの発現は、赤芽球の終末分化で経時的な変化がなく、また、成熟赤血球と同じくLDHB4を主体とする三種類であった。スチリペントール（LDHA及びLDHBの両方を阻害する）でLDH活性を阻害すると細胞内ATP量の減少に相関してCFU-Eの増殖率と脱核率の低下を認めた。一方、前年度報告したヒドロキシクロロキン（HCQ、自己免疫疾患治療薬）による脱核率の低下は、LDHの活性阻害ではないことが反応速度論的解析から明らかになったことから、赤芽球にはHCQによって細胞分化が阻害される標的分子の存在が示唆された。