教室概要
化学教室は、杏林大学医学部医学進学過程の学生の教育を目的として、石川勉氏を初代教授として、昭和45年に開設されました。平成5年、福嶋義博前教授の着任とともに、医学部初年度の学生に対する生化学の基礎教育と、「イオン輸送ATPaseのエネルギー変換機構」をテーマに研究を行ってきました。現在は、学生の基礎教育を担当するとともに、研究面では、イオン輸送ATPaseの反応速度論的研究をさらに進め、培養細胞を用いた蛋白質発現系を用いたゴルジ体に存在するイオン輸送ATPaseの機能調節や細胞内輸送機構の解明、さらには、神経細胞におけるゴルジストレスの影響などの研究に対象を広げています。
教育の特色
学生教育においては、生体物質の化学的基盤を講義する「生体化学」と、現代医学研究が基盤とする生化学実験法の初歩段階を学ぶ「生体化学実習」を、医学部初年度の学生に対して行なっています。いずれも、医学部で学ぶ、代謝生化学や薬理学で学習する内容の基礎となるものです。また、高校で化学を選択せずに進学した学生を対象とした「入門化学」も担当しています。高校理科と大学における科学の知識の隔たりを埋め、現代生化学を修めさせることは容易ではありませんが、スタッフ一同協力して、医学部の初年度教育に邁進しています。
社会的活動
教室員の主な所属学会は、日本生化学会、日本生物物理学会、日本農芸化学会、日本神経化学会等です。それぞれの学会発表の機会において、常に新しい情報を発信しています。
研究テーマ
細胞内では様々なイオンが生体反応の制御に関わっています。細胞内イオンの濃度変化によって、細胞分裂や細胞運動、遺伝子発現など様々な細胞応答が起こります。この細胞内のイオン濃度を適切に維持する働きをしているのがイオン輸送ATPaseです。イオン輸送ATPaseは、それぞれのイオンを貯蔵する特定のオルガネラ膜に存在し、ATPの加水分解と共役して特定のイオンを細胞の膜を介して輸送します。その中で、比較的最近発見されたものがゴルジ体に存在するCa2+/Mn2+輸送ATPase(SPCA)です。一方、膜を介したイオン輸送などが異常となり、ゴルジ体などのオルガネラのイオンバランスが崩れると、そのオルガネラは機能障害を起こします。この機能障害は、オルガネラストレスとなり、細胞に様々な病的な状態を引き起こします。
我々の研究室では、ゴルジ体に注目し、SPCAによるイオン輸送機能や、オルガネラストレスによる病態の解明に迫ろうとしています。
Ca2+/Mn2+輸送ATPase SPCAの機能解析
細胞内で様々な細胞応答を制御するCa2+は、Ca2+チャネルやCa2+結合タンパク、そしてCa2+輸送ATPaseの働きで、その細胞内動態が厳密に調節されています。Ca2+/Mn2+輸送ATPase であるSPCAもその調節を担う分子です。比較的最近になって見出されたSPCAの生理機能には、まだ不明な点が多くあります。特に、SPCAが細胞内でどのような分子と関わりを持つのか、どのような細胞環境で活発に機能するのか、またそれらが細胞内のCa2+動態の維持にどのように寄与するのかなど、まったく分かっていません。我々は、SPCAの相互作用分子の探索と解析、特異的阻害剤の探索などを通して、この分子の生理機能の解明を目指しています。
細胞内ストレス応答と神経変性疾患
神経変性疾患で見られる細胞死は、神経細胞に特有な不良蛋白質の蓄積やオルガネラの機能障害が引き金となり、オルガネラ間コミュニケーションの破綻が原因で起こるという仮説のもと、未だ機序の不明な孤発性アルツハイマー病の発症機序の理解と根本的治療法の開発に向けた基盤研究を行っています。具体的な分子として小胞体からゴルジに局在するSNAREタンパク質Syx5とカルシウムポンプであるSPCAに焦点を当て、それら分子の神経細胞におけるストレス応答機構を中心に、分子生物学・生化学・生理学・組織化学的手法を用いて研究をしています。
近年の主な業績
- Suga K, Yamamoto-Hijikata S, Terao Y, Akagawa K, Ushimaru M: Golgi stress induces upregulation of the ER-Golgi SNARE Syntaxin-5, altered βAPP processing, and Caspase-3-dependent apoptosis in NG108-15 cells. Mol Cell Neurosci., 121:103754 (2022)
- Yamamoto-Hijikata S, Suga K, Homareda H, Ushimaru M: Inhibition of the human secretory pathway Ca2+, Mn2+-ATPase1a by 1,3-thiazole derivatives. Biochem Biophys Res Commun., 614:56-62 (2022)
- Sakurai T, Fukutomi T, Yamamoto S, Nozaki N, Kizaki T: Physical Activity Attenuates the Obesity-Induced Dysregulated Expression of Brown Adipokines in Murine Interscapular Brown Adipose Tissue. Int. J. Mol. Sci., 22(19):10391 (2021)
- Takahashi T, Minami S, Tsuchiya Y, Tajima K, Sakai N, Suga K, Hisanaga S, Ohbayashi N, Fukuda M, Kawahara H: Cytoplasmic control of Rab family small GTPases through BAG6. EMBO Rep., e46794. (2019)
- Homareda H, Otsu M, Yamamoto S, Ushimaru M, Ito S1, Fukutomi T, Jo T, Eishi Y, Hara Y: A possible mechanism for low affinity of silkworm Na+/K+-ATPase for K. J Bioenerg Biomembr., 49(6): 463-472, (2017)
- Yamamoto S, Takehara M, Ushimaru M.: Inhibitory action of linoleamide and oleamide toward sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase. Biochim Biophys Acta., 1861(1 Pt A):3399-3405 (2017)
- Yamamoto S, Takehara M, Kabashima Y, Fukutomi T, Ushimaru M: Identification of novel inhibitors of human SPCA2. Biochem Biophys Res Commun., 477(2):266-70 (2016)
- Yamamoto S, Kimura T, Tachiki T, Anzai N, Sakurai T, Ushimaru M.: The involvement of L-type amino acid transporters in theanine transport. Biosci Biotechnol Biochem., 76(12):2230-5 (2012)
- Yamamoto, S., Morihara, Y., Wakayama, M., and Tachiki, T.: Theanine production by coupled fermentation with energy transfer using γ-glutamylmethylamide synthetase of Methylovorus mays No. 9. Biosci Biotechnol Biochem., 72(5):1206-11 (2008)
- Yamamoto, S., Wakayama, M., and Tachiki, T.: Cloning and expression of Methylovorus mays No. 9 gene encoding γ-glutamylmethylamide synthetase: an enzyme usable for theanine formation by coupling with alcoholic fermentation system of baker’s yeast. Biosci. Biotechnol. Biochem., 72(1):101-109 (2008)