生化学講座生化学分野
所属教員名
運営責任者
中野 裕康 / 教 授
講座の概要
当教室の歴史は古く、大正15年に帝国女子医学専門学校の医科学教室に高木逸雄先生が初代教授として赴任されたところから始まります。その後2代目 藤井暢三教授、３代目 高田蒔教授、以降は二人教授の時代（浅田敏雄教授、柳澤勇教授、天野久夫教授）が前任の山下茂教授まで続いていました。浅田敏雄先生は教授退官後に、東邦大学学長や日本私立医科大学協会長を歴任された大変ご高名な先生でした。8代目教授として中野が2014年4月より生化学講座に赴任し、現在に至っております。その後2015年4月から生化学講座/生化学分野と生化学講座/病態生化学分野の2分野体制に移行しております。
研究の概要
私たちの研究室では、細胞死や酸化ストレスにより誘導される生体応答の解析を中心に研究を行っています。細胞死や酸化ストレスは生体の恒常性維持に関与すると同時に、その制御異常は様々な病態の形成に関与していることが明らかにされてきています。私たちの教室では、分子生物学的、細胞生物学的、生化学的な手法はもちろんですが、形態学的なアプローチ（光学顕微鏡、蛍光顕微鏡、電子顕微鏡などによる解析）を重視して研究を展開しています。私たちの樹立した様々な病態モデルマウスを解析することで、ヒトの病態の本質に迫る研究や、慢性炎症性疾患やがんなどの疾患の新たな治療法の開発を目指したいと思っています。
I. 組織特異的cFLIP欠損マウスの解析
最近の研究では計画的細胞死（特定の遺伝子の機能により制御された細胞死）の中にはアポトーシスだけではなく、ネクロプトーシス、パイロトーシスやフェロプトーシスなどの細胞死が存在することが分子レベルで明らかにされ、心筋梗塞や脳梗塞時の傷害や、ウイルス感染の防御に関連していることがわかってきました（詳細はラボのホームページのエッセイ参照, http://tohobiochemi.jp/essay/index.html）。私達は、TNFなどのデスレセプターにより誘導されるアポトーシスの抑制にはcellular FLICE-inhibitory protein (cFLIP)と呼ばれる分子であることを見出しています(Sci Signal 2012)。これまでに肝細胞、腸管上皮細胞、表皮細胞などで特異的にcFLIPを欠損させたマウスを樹立し、それぞれの組織で細胞死が亢進した結果どのような病態がひきおこされるかを解析してきました（Hepatology 2017; J Allergy Clin Immunol 2019）。
cFLIPの発現の低下したマウスにヒト非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)モデルを誘導したところ、肝細胞死の亢進の結果、慢性肝炎に伴い出現してくる細胆管反応や線維化が著明に亢進することを見出しています（未発表）。このマウスモデルの解析を通してNASHのバイオマーカーとなる分子を１種類同定しており、この分子の肝再生への役割やバイオマーカーとしての意義を検討しています。
II. cFLIPタンパク質のユビキチン化に関与するE3リガーゼの同定
これまでcFLIPの分解に関与するE3リガーゼとしては、ITCHやLUBACが報告されていました。我々は愛媛大学の澤崎先生らとの共同研究により200種類のRING型E3リガーゼとcFLIPとの相互作用をalpha screeningという手法により検討し、cFLIPのE3リガーゼとしてMind bomb 2 (MIB2)と呼ばれる分子を同定しました。MIB2はcFLIPと細胞内で会合し、cFLIPにK48型とK63型の両者のユビキチン鎖を付加すること、この遺伝子を細胞で欠損させることによりcFLIPのユビキチン化が低下し、TNFにより誘導されるアポトーシスが亢進することを見出しました（Commun Biol 2021）。さらにMIB2を欠損させた細胞、あるいはMIB2のE3リガーゼ活性を欠損させた細胞ではTNF刺激により誘導されるRIPK1と呼ばれるアポトーシスやネクロプトーシス誘導に関与するキナーゼの自己リン酸化が著明に亢進するという現象を見出しており、現在そのメカニズムの解析を行なっています。
III. ネクロプトーシスのイメージング
Forster resonance energy transfer (FRET)は2つの蛍光色素が近接した時に、片側の励起された蛍光色素のエネルギーがもう一方の蛍光色素に転移して、異なる蛍光を発する現象です。この原理を用いて、ネクロプトーシスの実行因子であるRIPK3と相互作用するMLKLの高次構造の変化を利用してネクロプトーシスをモニタリングできるFRETバイオセンサー（SMARTと命名）の開発に世界で初めて成功しました（Nat Commun 2018）。現在SMARTを発現するトランスジェニックマウスの樹立に成功しており、そのマウス由来の腹腔マクロファージを用いた実験から、確かにSMART Tgマウスの腹腔マクロファージや胎児線維芽細胞ではネクロプトーシス誘導に伴いFRETが上昇することを見出しています（未発表データ）。現在共同研究により2光子顕微鏡を用いたin vivoにおけるネクロプトーシス細胞のイメージングも行っています。
またネクロプトーシスの実行にはMixed lineage kinase-like domain protein (MLKL)と呼ばれる分子が最終的に細胞膜に穴を開ける実行因子として働きます。現在この分子の細胞質から細胞膜への移行のメカニズムや細胞内における発現調節のメカニズムについて、共同研究により全反射顕微鏡を用いた1分子イメージングによる解析を行っております。
私たちの教室では酸化ストレスによる生体応答制御機構についても研究をしていますが、それは病態生化学分野のホームページを参照してください。
I. 組織特異的cFLIP欠損マウスの解析
最近の研究では計画的細胞死（特定の遺伝子の機能により制御された細胞死）の中にはアポトーシスだけではなく、ネクロプトーシス、パイロトーシスやフェロプトーシスなどの細胞死が存在することが分子レベルで明らかにされ、心筋梗塞や脳梗塞時の傷害や、ウイルス感染の防御に関連していることがわかってきました（詳細はラボのホームページのエッセイ参照, http://tohobiochemi.jp/essay/index.html）。私達は、TNFなどのデスレセプターにより誘導されるアポトーシスの抑制にはcellular FLICE-inhibitory protein (cFLIP)と呼ばれる分子であることを見出しています(Sci Signal 2012)。これまでに肝細胞、腸管上皮細胞、表皮細胞などで特異的にcFLIPを欠損させたマウスを樹立し、それぞれの組織で細胞死が亢進した結果どのような病態がひきおこされるかを解析してきました（Hepatology 2017; J Allergy Clin Immunol 2019）。
cFLIPの発現の低下したマウスにヒト非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)モデルを誘導したところ、肝細胞死の亢進の結果、慢性肝炎に伴い出現してくる細胆管反応や線維化が著明に亢進することを見出しています（未発表）。このマウスモデルの解析を通してNASHのバイオマーカーとなる分子を１種類同定しており、この分子の肝再生への役割やバイオマーカーとしての意義を検討しています。
II. cFLIPタンパク質のユビキチン化に関与するE3リガーゼの同定
これまでcFLIPの分解に関与するE3リガーゼとしては、ITCHやLUBACが報告されていました。我々は愛媛大学の澤崎先生らとの共同研究により200種類のRING型E3リガーゼとcFLIPとの相互作用をalpha screeningという手法により検討し、cFLIPのE3リガーゼとしてMind bomb 2 (MIB2)と呼ばれる分子を同定しました。MIB2はcFLIPと細胞内で会合し、cFLIPにK48型とK63型の両者のユビキチン鎖を付加すること、この遺伝子を細胞で欠損させることによりcFLIPのユビキチン化が低下し、TNFにより誘導されるアポトーシスが亢進することを見出しました（Commun Biol 2021）。さらにMIB2を欠損させた細胞、あるいはMIB2のE3リガーゼ活性を欠損させた細胞ではTNF刺激により誘導されるRIPK1と呼ばれるアポトーシスやネクロプトーシス誘導に関与するキナーゼの自己リン酸化が著明に亢進するという現象を見出しており、現在そのメカニズムの解析を行なっています。
III. ネクロプトーシスのイメージング
Forster resonance energy transfer (FRET)は2つの蛍光色素が近接した時に、片側の励起された蛍光色素のエネルギーがもう一方の蛍光色素に転移して、異なる蛍光を発する現象です。この原理を用いて、ネクロプトーシスの実行因子であるRIPK3と相互作用するMLKLの高次構造の変化を利用してネクロプトーシスをモニタリングできるFRETバイオセンサー（SMARTと命名）の開発に世界で初めて成功しました（Nat Commun 2018）。現在SMARTを発現するトランスジェニックマウスの樹立に成功しており、そのマウス由来の腹腔マクロファージを用いた実験から、確かにSMART Tgマウスの腹腔マクロファージや胎児線維芽細胞ではネクロプトーシス誘導に伴いFRETが上昇することを見出しています（未発表データ）。現在共同研究により2光子顕微鏡を用いたin vivoにおけるネクロプトーシス細胞のイメージングも行っています。
またネクロプトーシスの実行にはMixed lineage kinase-like domain protein (MLKL)と呼ばれる分子が最終的に細胞膜に穴を開ける実行因子として働きます。現在この分子の細胞質から細胞膜への移行のメカニズムや細胞内における発現調節のメカニズムについて、共同研究により全反射顕微鏡を用いた1分子イメージングによる解析を行っております。
私たちの教室では酸化ストレスによる生体応答制御機構についても研究をしていますが、それは病態生化学分野のホームページを参照してください。
代表論文
1. Nakabayashi O, Takahashi H, Moriwaki K, Komazawa-Sakon S, Ohtake F, Murai S, Tsuchiya Y, Koyahara Y, Saeki Y, Yoshida Y, Yamazaki S, Tokunaga F, Sawasaki T, Nakano H. MIND bomb 2 prevents RIPK1 kinase activity-dependent and -independent apoptosis through ubiquitylation of cFLIPL. Commun Biol 2021;4.
2. Shindo R, Ohmuraya M, Komazawa-Sakon S, Miyake S, Yamazaki S, Nishina T, Yoshimoto T, Kakuta S, Koike M, Uchiyama Y, Konishi H, Kiyama H, Mikami T, Moriwaki K, Araki K, Nakano H. Necroptosis of Intestinal Epithelial Cells Induces Type 3 Innate Lymphoid Cell-Dependent Lethal Ileitis. iScience 2019;15:536-551.
3. Piao X, Miura R, Miyake S, Komazawa-Sakon S, Koike M, Shindo R, Takeda J, Hasegawa A, Abe R, Nishiyama C, Mikami T, Yagita H, Uchiyama Y, Nakano H. Blockade of TNFR1-dependent and -independent cell death is crucial for normal epidermal differentiation. J Allergy Clin Immunol 2019;143:213-228 e210.
4. Murai S, Yamaguchi Y, Shirasaki Y, Yamagishi M, Shindo R, Hildebrand JM, Miura R, Nakabayashi O, Totsuka M, Tomida T, Adachi-Akahane S, Uemura S, Silke J, Yagita H, Miura M, Nakano H. A FRET biosensor for necroptosis uncovers two different modes of the release of DAMPs. Nat Commun 2018;9:4457.
5. Piao X, Yamazaki S, Komazawa-Sakon S, Miyake S, Nakabayashi O, Kurosawa T, Mikami T, Tanaka M, Van Rooijen N, Ohmuraya M, Oikawa A, Kojima Y, Kakuta S, Uchiyama Y, Tanaka M, Nakano H. Depletion of myeloid cells exacerbates hepatitis and induces an aberrant increase in histone H3 in mouse serum. Hepatology 2017;65:237-252.
6. Piao X, Komazawa-Sakon S, Nishina T, Koike M, Piao JH, Ehlken H, Kurihara H, Hara M, Van Rooijen N, Schutz G, Ohmuraya M, Uchiyama Y, Yagita H, Okumura K, He YW, Nakano H. c-FLIP Maintains Tissue Homeostasis by Preventing Apoptosis and Programmed Necrosis. Sci Signal 2012;5:ra93.
7. Nishina T, Komazawa-Sakon S, Yanaka S, Piao X, Zheng DM, Piao JH, Kojima Y, Yamashina S, Sano E, Putoczki T, Doi T, Ueno T, Ezaki J, Ushio H, Ernst M, Tsumoto K, Okumura K, Nakano H. Interleukin-11 links oxidative stress and compensatory proliferation. Sci Signal 2012;5:ra5.
8. Ushio H, Ueno T, Kojima Y, Komatsu M, Tanaka S, Yamamoto A, Ichimura Y, Ezaki J, Nishida K, Komazawa-Sakon S, Niyonsaba F, Ishii T, Yanagawa T, Kominami E, Ogawa H, Okumura K, Nakano H. Crucial role for autophagy in degranulation of mast cells. J Allergy Clin Immunol 2011;127:1267-1276 e1266.
9. Tokunaga F, Nakagawa T, Nakahara M, Saeki Y, Taniguchi M, Sakata S, Tanaka K, Nakano H, Iwai K. SHARPIN is a component of the NF-B-activating linear ubiquitin chain assembly complex. Nature 2011;471:633-636.
10. Nakajima A, Komazawa-Sakon S, Takekawa M, Sasazuki T, Yeh WC, Yagita H, Okumura K, Nakano H. An antiapoptotic protein, c-FLIP(L), directly binds to MKK7 and inhibits the JNK pathway. EMBO J 2006;25:5549-5559.
2. Shindo R, Ohmuraya M, Komazawa-Sakon S, Miyake S, Yamazaki S, Nishina T, Yoshimoto T, Kakuta S, Koike M, Uchiyama Y, Konishi H, Kiyama H, Mikami T, Moriwaki K, Araki K, Nakano H. Necroptosis of Intestinal Epithelial Cells Induces Type 3 Innate Lymphoid Cell-Dependent Lethal Ileitis. iScience 2019;15:536-551.
3. Piao X, Miura R, Miyake S, Komazawa-Sakon S, Koike M, Shindo R, Takeda J, Hasegawa A, Abe R, Nishiyama C, Mikami T, Yagita H, Uchiyama Y, Nakano H. Blockade of TNFR1-dependent and -independent cell death is crucial for normal epidermal differentiation. J Allergy Clin Immunol 2019;143:213-228 e210.
4. Murai S, Yamaguchi Y, Shirasaki Y, Yamagishi M, Shindo R, Hildebrand JM, Miura R, Nakabayashi O, Totsuka M, Tomida T, Adachi-Akahane S, Uemura S, Silke J, Yagita H, Miura M, Nakano H. A FRET biosensor for necroptosis uncovers two different modes of the release of DAMPs. Nat Commun 2018;9:4457.
5. Piao X, Yamazaki S, Komazawa-Sakon S, Miyake S, Nakabayashi O, Kurosawa T, Mikami T, Tanaka M, Van Rooijen N, Ohmuraya M, Oikawa A, Kojima Y, Kakuta S, Uchiyama Y, Tanaka M, Nakano H. Depletion of myeloid cells exacerbates hepatitis and induces an aberrant increase in histone H3 in mouse serum. Hepatology 2017;65:237-252.
6. Piao X, Komazawa-Sakon S, Nishina T, Koike M, Piao JH, Ehlken H, Kurihara H, Hara M, Van Rooijen N, Schutz G, Ohmuraya M, Uchiyama Y, Yagita H, Okumura K, He YW, Nakano H. c-FLIP Maintains Tissue Homeostasis by Preventing Apoptosis and Programmed Necrosis. Sci Signal 2012;5:ra93.
7. Nishina T, Komazawa-Sakon S, Yanaka S, Piao X, Zheng DM, Piao JH, Kojima Y, Yamashina S, Sano E, Putoczki T, Doi T, Ueno T, Ezaki J, Ushio H, Ernst M, Tsumoto K, Okumura K, Nakano H. Interleukin-11 links oxidative stress and compensatory proliferation. Sci Signal 2012;5:ra5.
8. Ushio H, Ueno T, Kojima Y, Komatsu M, Tanaka S, Yamamoto A, Ichimura Y, Ezaki J, Nishida K, Komazawa-Sakon S, Niyonsaba F, Ishii T, Yanagawa T, Kominami E, Ogawa H, Okumura K, Nakano H. Crucial role for autophagy in degranulation of mast cells. J Allergy Clin Immunol 2011;127:1267-1276 e1266.
9. Tokunaga F, Nakagawa T, Nakahara M, Saeki Y, Taniguchi M, Sakata S, Tanaka K, Nakano H, Iwai K. SHARPIN is a component of the NF-B-activating linear ubiquitin chain assembly complex. Nature 2011;471:633-636.
10. Nakajima A, Komazawa-Sakon S, Takekawa M, Sasazuki T, Yeh WC, Yagita H, Okumura K, Nakano H. An antiapoptotic protein, c-FLIP(L), directly binds to MKK7 and inhibits the JNK pathway. EMBO J 2006;25:5549-5559.
教育の概要
【学部】
1) 遺伝生化学Ⅰユニット（1年次 Ⅰ期 7コマ）
遺伝学の基礎を学ぶとともに、その物質的基盤であるゲノム・遺伝子・染色体・核酸の構造を理解します。本ユニットは生物学研究室との分担により行われます。
2) 代謝生化学Ⅰユニット(1年次 Ⅱ期 10コマ)
糖質や脂質の化学構造、代謝、機能的意義について学んだ後、それらの化学反応を推進する酵素の機能と反応速度論などについて学びます。本ユニットは化学研究室との分担により行われます。
3) 代謝生化学Ⅱユニット(1年次 Ⅲ期 6コマ)
アミノ酸やタンパク質の合成と分解、ビタミンの機能と欠乏症、酸化ストレスと細胞死、最後にこれまで学んできた代謝を統合的に学びます。
4) 生体物質の科学実習（1年次 Ⅲ期 15コマ）
糖代謝・脂質代謝・タンパク質の構造と機能の3項目について自ら実際に実験を行い、講義で習得した知識を確実なものにします。
5) 遺伝生化学IIユニット（1年次 Ⅲ期 5コマ）
ヌクレオチド代謝、遺伝子発現調節機構、受容体からのシグナル伝達機構、細胞周期、がん関連遺伝子、ゲノム医学などの分子生物学について学びます。
遺伝学の基礎を学ぶとともに、その物質的基盤であるゲノム・遺伝子・染色体・核酸の構造を理解します。本ユニットは生物学研究室との分担により行われます。
2) 代謝生化学Ⅰユニット(1年次 Ⅱ期 10コマ)
糖質や脂質の化学構造、代謝、機能的意義について学んだ後、それらの化学反応を推進する酵素の機能と反応速度論などについて学びます。本ユニットは化学研究室との分担により行われます。
3) 代謝生化学Ⅱユニット(1年次 Ⅲ期 6コマ)
アミノ酸やタンパク質の合成と分解、ビタミンの機能と欠乏症、酸化ストレスと細胞死、最後にこれまで学んできた代謝を統合的に学びます。
4) 生体物質の科学実習（1年次 Ⅲ期 15コマ）
糖代謝・脂質代謝・タンパク質の構造と機能の3項目について自ら実際に実験を行い、講義で習得した知識を確実なものにします。
5) 遺伝生化学IIユニット（1年次 Ⅲ期 5コマ）
ヌクレオチド代謝、遺伝子発現調節機構、受容体からのシグナル伝達機構、細胞周期、がん関連遺伝子、ゲノム医学などの分子生物学について学びます。
【大学院】
修士課程（生化学特論）
本特論では、糖尿病や高脂血症などの代謝性疾患を理解する上で基礎となる糖代謝、アミノ酸代謝、脂質代謝およびそれらの代謝を制御している酵素、ビタミン、ホルモンなどの作用機序を概説します。またDNAの構造や複製機構、および遺伝子の発現制御機構を概説します。
博士課程（代謝機能制御系 生化学）
細胞死に関連した実験を行うための基本的な実験の原理や実験手技についての知識を身につけ、それらの実験手技を自分で使えるようになる。細胞死研究の歴史と、最先端の細胞死研究の進捗状況を理解し、その上で自分の研究テーマを選択するための知識を身につけます。これらの習得した知識や実験技術を駆使して、研究テーマを立案して実験を実行し、学会発表を行い、最終的には学位論文を作成します。
本特論では、糖尿病や高脂血症などの代謝性疾患を理解する上で基礎となる糖代謝、アミノ酸代謝、脂質代謝およびそれらの代謝を制御している酵素、ビタミン、ホルモンなどの作用機序を概説します。またDNAの構造や複製機構、および遺伝子の発現制御機構を概説します。
博士課程（代謝機能制御系 生化学）
細胞死に関連した実験を行うための基本的な実験の原理や実験手技についての知識を身につけ、それらの実験手技を自分で使えるようになる。細胞死研究の歴史と、最先端の細胞死研究の進捗状況を理解し、その上で自分の研究テーマを選択するための知識を身につけます。これらの習得した知識や実験技術を駆使して、研究テーマを立案して実験を実行し、学会発表を行い、最終的には学位論文を作成します。
その他
社会貢献
1) これまでの実績
2015年、2016年と2年連続で日本学術振興会の「研究成果の社会還元・普及事業 ひらめきときめきサイエンス〜ようこそ大学の研究室へ〜KAKENHI」に採択され、全国から公募した中学生及び高校生を対象とした実習と授業を行いました。
2017年7月24-25日に第26回日本Cell Death学会を主催し、学会前日に大田区との共催で「細胞死と病気」というテーマで区民公開講座を開催しました。
2017年、2018、2019年度の８月に東邦大学が採択された私立大学研究ブランデング事業のテーマである「上皮バリア」についての模擬授業を東邦大学医学部オープンキャンパスで行いました。
2) 2021年度以降の予定
2020年度採択された東邦大学のプロジェクト研究（Toho University Grant for Research Initiative Program: TU-GRIP）に伴い若手研究者のFDや学外の一流研究者を招聘した学内セミナーを積極的に開催し、かつ若手中心のリトリートを開催する予定です。
2015年、2016年と2年連続で日本学術振興会の「研究成果の社会還元・普及事業 ひらめきときめきサイエンス〜ようこそ大学の研究室へ〜KAKENHI」に採択され、全国から公募した中学生及び高校生を対象とした実習と授業を行いました。
2017年7月24-25日に第26回日本Cell Death学会を主催し、学会前日に大田区との共催で「細胞死と病気」というテーマで区民公開講座を開催しました。
2017年、2018、2019年度の８月に東邦大学が採択された私立大学研究ブランデング事業のテーマである「上皮バリア」についての模擬授業を東邦大学医学部オープンキャンパスで行いました。
2) 2021年度以降の予定
2020年度採択された東邦大学のプロジェクト研究（Toho University Grant for Research Initiative Program: TU-GRIP）に伴い若手研究者のFDや学外の一流研究者を招聘した学内セミナーを積極的に開催し、かつ若手中心のリトリートを開催する予定です。
