TECHNO CHEMICAL corp.

スフィンゴ糖脂質
Glycosphingolipids

概要

セレブロシド 一般構造式 (例 Cat. No. 1050 Cerebrosides)

スフィンゴ糖脂質は動物、植物組織に広く分布しています。その構造は、 セラミドの第一水酸基に、硫酸、酢酸、リン酸のような置換基を含む単糖、オリゴ糖が結合しています。 スフィンゴ糖脂質は、両性であるため、グリコシル化の度合の低い化合物をバッファー中に分散させるためには、 界面活性剤または有機溶媒（エタノール、DMSO、イソプロパノール）に超音波処理を伴った攪拌により溶解させます。

ガラクトスフィンゴ脂質は、主にGalCer (cerebrosides)とそのスルホン酸エステルが神経系に多量に存在します。 単純な構造のガラクトスフィンゴ脂質であるGlcCer (glucocerebrosides)は非常に広範囲に分布し、特に神経細胞膜に存在します。

GlcCerはヒト、ウシ、植物を含む様々な生物から単離されます。各生物のglucocerebrosidesはセラミド 骨格の脂肪酸が異なり、スフィンゴイド鎖にも様々な違いがあります。

グロボシド（グルコースとガラクトースを両方持つ）は、赤血球に存在する スフィンゴ糖脂質です。ガングリオシドは シアル（ノイラミン）酸を含み酸性の性質をもつスフィンゴ糖脂質です。

ガングリオシドは細胞間認識、病原微生物の細胞膜との結合、ホルモンや成長因子の応答、がん細胞の増殖と悪性化、血液型の決定等、生理現象に深く関わっています。

組織においても、胎児の発生段階、成熟過程、老化、その他生命維持に必須な生理過程において、スフィンゴ糖脂質の比率が変化します。 また、ある種のスフィンゴ糖脂質は細胞増殖を刺激しますし、別のものはアポトーシスを誘発するため、 がん治療や成熟過程に多大な影響を及ぼしています。正常細胞とがん化細胞ではスフィンゴ糖脂質の 比率に際立った違いが見られます^（41-53）。

アプリケーション

過去数十年にわたり、スフィンゴ脂質は、生体系の極めて重要かつ複雑な成分としての認識が高まってきました。長年にわたり、一般に脂質、特にスフィンゴ脂質は、その重要な機能の割には注目されていません。このようなみす越しは、構造や機能の驚異的な多様性のみならず、抽出や分析の難しさなどを含む多くの理由が関係しています^{1, 2)}　別の問題は、適切な天然および合成スフィンゴ脂質標準物質の利用可能性が非常に限られていることでした。近年、少量サンプルから全クラスのスフィンゴ脂質の比較的迅速な抽出や分析を可能にする方法のみならず、スタンダードを利用可能にすることが推奨されています。この進歩は、スフィンゴリピドミクスとして知られているアプローチを大幅に加速し、これらの重要な生体分子の理解と分類を著しく増加させました。

スフィンゴリピドミクスは、所定の系の完全なスフィンゴ脂質プロフィール、及びそれらのスフィンゴ脂質の代謝とパスウェイの確定です。これは、リピドミクス分野 のスフィンゴ脂質サブフィールドであり、2005年頃にはっきりとした存在として現れ始めました。^3,4）　極性頭部基、アシル鎖、及びスフィンゴイド塩基が変化する数千種類もの天然由来のスフィンゴ脂質が存在します。これらのスフィンゴ脂質の代謝経路は、スフィンゴ脂質に関連する疾患を理解し治療し、更に種々の疾患を治療するためにスフィンゴ脂質を使用する試みで広範囲に研究されています。これらのスフィンゴ脂質の多くは、ピコモル〜ナノモルの量でしか存在せず、検出が困難です。しかし、質量分析におけるソフトイオン化法の導入により、非常に少量のスフィンゴ脂質の検出が達成されています。スフィンゴリピドミクス研究の2つの主要なアプローチは、LC-MSに基づく方法と、ショットガンリピドミクスアプローチです。^1）　双方では、検出された個々のスフィンゴ脂質の内部標準があれば理想的です。しかし、系内に多数のスフィンゴ脂質が存在する可能性があるために、これは現時点では実用的ではありません。従って、試料中に見出されることが予想されるスフィンゴ脂質の各クラスについて内部標準を使用することが好ましいです。スフィンゴリピドミクス研究におけるスタンダードの必要性を満たすために、オリゴ糖の先端、セラミドアシル鎖、またはスフィンゴシン末端のいずれかで修飾されたスフィンゴ脂質が合成されています。これらのスタンダードは、通常、安定同位体標識、異常な鎖長修飾、または蛍光スフィンゴ脂質によるものです。^5,6,7）

LC-MSおよびショットガンリピドミクス研究用に最も好ましい内部標準の1つは、安定同位体標識スタンダードです。これらのスタンダードは、天然由来のスフィンゴ脂質と比較してほぼ同一の物理的特性を示しながら、質量分析によって容易に検出することができます。これは、分析試料と内部標準との間で同様の抽出特性を保証するために非常に重要です。^1）　重水素または炭素-13原子がセラミドのアシル鎖に導入されるのが、最も一般的です。しかし、標識は、リゾ - スフィンゴ脂質を生成することを可能にするスフィンゴシン末端、或いはオリゴ糖の先端基にも導入できます。もう一つの有用な内部標準は、自然界には通常見られない長さ、通常はC17またはC19、或いは脂質上の蛍光タグの使用に変更されたアシル基やスフィンゴシン鎖を有するものです。^8,9）　

上記の内部標準に加えて、サンプル中で検出された検体と比較することができる天然のスフィンゴ脂質スタンダードが必要です。これらの化合物を合成し、天然の供給源から抽出する方法が開発されています。

論文

1. X. Han and X. Jiang, Eur J Lipid Sci Technol. (2009) 111:1, 39–52
2. A. Futerman and Y. Hannun, EMBO Reports, (2004) 5, 777-782
3. M. Maceyka et al., Prostaglandins Other Lipid Mediat. (2005) 77, 15–22
4. A. Merrill et al., Methods (2005) 36, 207–224
5. J. Huang et al., Mol Ther Methods Clin Dev. (2017) 12:5, 241-258
6. S. Kleinecke et al., eLife. (2017), 6, e23332
7. T. Sadowski et al., Sci Rep. (2017) 7:7, 43761
8. A. Merrill, Chemical Reviews (2011) 111, 6387-6422
9. N. Lipsky and R. Pagano, Journal of Cell Biology (1985) 100, 27-34

新規質量分析用ガングリオシドスタンダード　重水素化GD3

ガングリオシドは酸性スフィンゴ糖脂質で、細胞原形質膜の外葉、特に中枢神経系のニューロン細胞の脂質ドメインに蓄積します。^1,2）　これらの非常に汎用性の高い脂質は、細胞増殖、分化、接着、シグナル伝達、細胞間相互作用、腫瘍形成、および転移を含む多数のプロセスに関与します。 また、ガングリオシドの蓄積は、テイ・サックス、サンドホフ病や、ガングリオシドーシスであるいくつかの疾患に関連しています。ガングリオシドGD3は、神経発達中で主に発現し、成人組織内では非常に限られていますが、出生後の神経幹細胞の自己再生能力の維持に重要であることが判明しています。³⁾ GD3の過剰発現は、ミトコンドリアをアポトーシス経路に動員し、NF-κB活性化およびその後のκB依存性遺伝子誘導を抑制することによって、アポトーシスを引き起こすことが出来ます。^4） GD3値の上昇はまた、アテローム性動脈硬化症のような増殖性疾患に関連することも判明しています。 GD3の発現は、基底細胞癌および悪性メラノーマで異常に多く、腫瘍関連抗原であると考えられています。⁵） GD3は免疫原性ではありませんが、異常に多く存在するためにヒトメラノーマ細胞を免疫標的化するためのツールとして研究されています。^6）

最近のエビデンスで は、ガングリオシドがいくつかの神経変性疾患の発症機序に関与していることが示されています。更に、神経保護GM1ガングリオシドを同時に増加させ、アポトーシス促進性GD3ガングリオシドを減少させる干渉作用は、in vitroおよび多数の前臨床モデルで神経保護性であることが示されています。GD3シンターゼの阻害は、それによってGD3のレベルを低下させ、パーキンソン病モデルで神経保護特性を有し、治療標的としてさらなる研究を保証することができることが、最近の研究では実証されています。^7）　

論文

1. R. Schnaar J Mol Biol. (2016) 428:16 3325-36
2. T. Kolter et al. J. Biol. Chem. (2002) 277:29 25859-25862
3. J. Wang et al. J Neurosci. (2014) 34:41 13790–13800.
4. R. Paris et al. The Journal of Biological Chemistry, (2002) 277:51 49870-49876
5. K. Dobrenkov et al. Pediatric Blood and Cancer (2016) 63:10 1780-1785
6. H. Jennings et al. The Journal of Biological Chemistry (2004) 279:24 25390
7. Y. Akkhawattanangkul et al. Genes Brain Behav. (2017) 16:5 522-536

スフィンゴ糖脂質の研究、疾患におけるスルファチドの役割

脳および脊髄に由来するスルファチドは、飽和、不飽和、および2-ヒドロキシ脂肪アシル鎖を有し、その組成は、スルファチドの機能に影響を及ぼすのに不可欠です。それらは、細胞内および細胞内の多くの重要な生理学的プロセスを実証し、脱髄疾患などの多数の疾患に関与しています。A型インフルエンザウイルスや結核を含む様々な感染が、スルファチドの作用によって影響を受けることが示されています^（1）　最近の研究では、数多くの炎症反応にスルファチドが関与しており、CD1拘束性Ｔ細胞に対するその生物学的役割に大きな関心が寄せられています。スルファチドの重要な生理学的役割は、安定した血小板凝集体を形成することによる止血および血栓症への関与です^2,3）

卵巣癌では、スルファチド値が上昇しており、MALDI-TIMSによって検出される最も一般的な種は d18：1 / C16：0、d18：1 / C24：1および d18：1 / C24：0であることが分かっています。スルファチド値の上昇は、卵巣癌バイオマーカーとして、また可能な治療アプローチとして利用することができます。肝虚血再灌流傷害において、NKT細胞のサブセットは反対の役割を有します。^5）　I型NKT細胞は損傷を促進しますが、スルファチド反応性II型NKT細胞は損傷に対し保護します。NKT細胞のCD1d活性化はマウスからヒトまで保存されているため、これらのプロセスを改変する方法は、肝再灌流傷害を有する患者を治療するために開発される可能性があります。

異染性白質ジストロフィーのような異常なスルファチド代謝は、エンドソーム介在性のセラミド生成およびリソソーム中のスルファチドの細胞傷害性レベルの蓄積に起因する細胞アポトーシスを誘導します。^6）　異染性白質ジストロフィーは、アリールスルファターゼA（ARSA）遺伝子の突然変異によって引き起こされ、ARSA欠損をもたらし、スルファチドの蓄積を引き起こす常染色体劣性のリソソーム蓄積症です。この疾患の主な症状は、進行性脱髄、神経学的機能不全、および平均余命の減少です。^7）

神経のミエリン鞘における有病率のために、スルファチド代謝がアルツハイマー病および多発性硬化症のような多くの神経変性疾患に関与していることは驚くに当たりません。スルファチドの含有量はアルツハイマー病において急速に低下し、中枢神経系の濃度はアポリポタンパク質Eにより調節されることが見出されています^8）　多発性硬化症は、中枢神経系の慢性炎症性疾患であり、神経線維周囲のミエリン鞘が自己免疫攻撃の標的となり、脱髄、軸索喪失、それに続く進行性の神経学的機能障害をもたらします。多発性硬化症の標的抗原は長い間同定されませんでしたが、抗スルファチド抗体値が、多発性硬化症患者において対照より有意に高かったことが最近証明されました。^9）　スルファチドは、脳内に存在する免疫細胞の内因性刺激物質として炎症応答を活性化することもできます。^10）　これらのスルファチドは、いくつかのヒトCD1分子ならびにネズミCD1dに結合し、II型NKT細胞によって認識されます。スルファチドの中でも、シス - テトラコセノイル スルファチドは免疫応答が優性であり、CD1d + / +マウスにおいて抗原誘発実験による自己免疫性脳脊髄炎を予防または治療することができます。¹¹⁾ 従って、それはまた、ヒトの自己免疫性脱髄疾患を治療できる 可能性があります。^12）　 主要組織適合複合体（MHC）クラスI様CD1dおよびCD1c分子上に提示されたスフィンゴ糖脂質抗原がVδ1リンパ球細胞によって認識されることが示されています。多発性硬化症における自己免疫攻撃の標的であるミエリン鞘は、豊富なスルファチドをもち、CD1c / d拘束性T細胞がミエリン由来スルファチドによって活性化され、それにより疾患の発症に関与し得ることを示唆しています。^（13）　前頭皮質の白質および灰白質領域の両方における多発性硬化症の最も初期の段階からの異なるスルファチド種の減少は、この病気のマーカーとみなすことができますが、その病因に関連する神経化学的修飾も示すことができます⁽¹⁴⁾ スルファチドは、生物学的プロセスは広範囲で非常に動的なグリコスフィンゴ脂質です。生体システムにおけるこれらの機能を深く理解することは、関連する疾患の解明および種々のスルファチド関連疾患に対する治療的処置の開発につながることが期待されます。

論文

1. Y. Suzuki et al., Sulphatide binds to human and animal influenza A viruses, and inhibits the viral infection. Biochem. J. 318, 389-393 (1996)
2. P. Thiagarajan et al., Sulfatides activate platelets through Pselectin and enhance platelet and platelet-leukocyte aggregation. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 25, 258-263 (2005)
3. M. Kyogashima, The role of sulfatide in thrombogenesis and haemostasis. Archives of Biochemistry and Biophysics 426:2 157-162 (2004)
4. A. Merrill Jr. et al., Elevation of sulfatides in ovarian cancer: An integrated transcriptomic and lipidomic analysis including tissue-imaging mass spectrometry. Molecular Cancer 9:186, 1-13 (2010)
5. V. Kumar et al., Sulfatide-mediated activation of type II natural killer T cells prevents hepatic ischemic reperfusion injury in mice. Gastroenterology 140:2, 646-655 (2011)
6. X. Han et al. Endosomes and lysosomes play distinct roles in sulfatide-induced neuroblastoma apoptosis: potential mechanisms contributing to abnormal sulfatide metabolism in related neuronal diseases. Biochem. J. 410:1, 81-92 (2008)
7. M. Manshadi et al., Four novel ARSA gene mutations with pathogenic impacts on metachromatic leukodystrophy: a bioinformatics approach to predict pathogenic mutations. Ther Clin Risk Manag. 13, 725-731 (2017)
8. X. Han et al., Sulfatides facilitate apolipoprotein E-mediated amyloid-beta peptide clearance through an endocytotic pathway. Journal of Neurochemistry 106, 1275-1286 (2008)
9. A. Ilyas et al., Antibodies to sulfatide in cerebrospinal fluid of patients with multiple sclerosis. Journal of Neuroimmunology 139, 76-80 (2003)
10. E. Park et al., Sulfatide, a major lipid component of myelin sheath, activates inflammatory responses as an endogenous stimulator in brain-resident immune cells. Journal of Immunology 181, 8077-8087 (2008)
11. V. Kumar et al., Type II NKT cell-mediated anergy induction in type I NKT cells prevents inflammatory liver disease. Journal of Clinical Investigation 117, 2302-2312 (2007)
12. V. Kumar et al., Mini review: immune response to myelinderived sulfatide and CNS-demyelination. Neurochemical Research, 32, 257-262 (2007)
13. A. Singh et al., High Interferon-γ Uniquely in Vδ1 T Cells Correlates with Markers of Inflammation and Axonal Damage in Early Multiple Sclerosis. Front Immunol. 8, 26 (2017)
14. E. Gónzalez de San Román et al., Imaging mass spectrometry (IMS) of cortical lipids from preclinical to severe stages of Alzheimer's disease. Biochim Biophys Acta. 1859(9 Pt B), 1604-1614 (2017)

Matreya社 スルファチド関連製品リスト

製品カテゴリ別ラインナップ

文献リスト

• 1.) B.A. Fenderson, E.M. Eddy, S.Hakomori, BioEssays 12, 173, 1990.
• 2.) A. Gorio et al., Exp. Brain Res., Suppl. 13, 283, 1984.
• 3.) F. Di Gregorio et al., Neuropediatrics, Suppl. 15, 93, 1984.
• 4.) J.S. Schneider et al., Science, 256, 843, 1992.
• 5.) R.W. Leeden, R. K. Yu, Methods Enzymol, 83, 139, 1982.
• 6.) M. Faucher et al., J. Biol. Chem. 263, 5319, 1988.
• 7.) Y. Hannun, ibid, 269, 3125, 1994.
• 8.) R. Kolesnick, D.W. Golde, Cell, 77, 325, 1984.
• 9.) J. M. L. Hauser et al., J. Biol. Chem. 269, 6803, 1994.
• 10.) A. Gomez-Munoz et al., ibid, 270, 26318, 1995.
• 11.) B. M. Buehrer, R.M. Bell, Adv. in Lipid Res., 26, 59, 1993.
• 12.) C. W. Sachs et al., J. Biol. Chem., 270, 26639, 1995.
• 13.) R,R, Vunnam, N.S. Radin, Chem. Phys. Lipids, 265, 1980.
• 14.) J. Inokuchi and N.S. Radin, J. Lipid Res., 28, 565, 1987.
• 15.) N.S. Radin et al. J. Biochem, 111, 191, 1992.
• 16.) J. Inokuchi et al., Cancer letters, 38, 23, 1987.
• 17.) Y. Lavie et al., J. Biol. Chem., 271, 19530, 1996.
• 18.) Y. Lavie et al., J. Biol. Chem., 271, in press, 1996.
• 19.) Y. Hannun et al., Science, 235, 670, 1987.
• 20.) S. Spiegel et al., Proc. Intern. Conf. Biol. Function Glycosphingolipids, Santa Barbara, CA, 1990.
• 21.) M. Sugita et al. Biochim. Biophys. Acta, 398, 125, 1975.
• 22.) A. Bielawska et al. J. Biol. Chem., 271, 12646, 1996.
• 23.) A. Bielawska et al. ibid. 267, 18493, 1992.
• 24.) M.W. Pariza et al., Cancer Res. 43, 2444s, 1983.
• 25.) Y. L Ha et al., J. Agr. Food Chem., 37, 75, 1989.
• 26.) S. Banni et al. Abstr. 87th AOCS Mtg. 1996, p.28.
• 27.) C. Ip et al., Cancer Res. 51, 6118, 1991.
• 28.) M. A. Belury, Nutr. Rev. 53 (4 Pt. 1), 83, 1995.
• 29.) C. Liew et al. Carcinogenesis, 16, 3037, 1995.
• 30.) T. D. Shultz et al. Cancer Let, 63, 125, 1992.
• 31.) T.J. Nicolosi, Abstr. 87th AOCS Mtg., 1996.
• 32.) K.N. Lee et al., Atheroscl., 108(1), 19, 1994.
• 33.) B.F. Haumann, Inform, 7(2), 152, 1996.
• 34.) M.W. Pariza et al., Abstr., 87th AOCS Mtg., 1996.
• 35.) P.W. Parodi, Austral. J. Dairy Tech., 49, 93, 1994.
• 36.) M.A. Belury et al., Lipids, 33, 217, 1998.
• 37.) W.W. Christie et al. JAOCS, 74, 1231, 1997.
• 38.) Sehat, N. et al., Lipids, 33, 217, 1998.
• 39.) Sebedio, J. L. et al., Biochim. Biophys. Acta, 1345,5, 1997.
• 40.) Houseknecht, K.L. et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 224, 678， 1998.
• 41.) M. Mattie, et. al., J. Biol. Chem. 269:3181, 1994.
• 42.) Shayman, J. A., Kidney Int. 58, 11-26, 2000.
• 43.) Kolesnick, R. N. et al. J. Cell Physiol. 184, 285-300, 2000.
• 44.) Smith, W. L. and Merrill, A. H., Jr. J. Biol. Chem. 277, 25841-25842, 2002.
• 45.) Pyne, S. And Pyne, N. J. Biochem. J. 349, 385-402, 2000.
• 46.) Merrill, A. H. Jr. J. Biol. Chem. 277, 25843-25846, 2002.
• 47.) Hannun, Y. A. and Obeid, L., J. Biol. Chem. 277, 25847-25850, 2002.
• 48.) van Meer, G. And Lisman, Q. J. Biol. Chem. 277, 25855-25858, 2002.
• 49.) Kolter, T., Proia, R. L. and Sandhoff, K. J. Biol. Chem. 277, 25859-25862,2002.
• 50.) Radin, N. S., Cancer Invest. 20, 779-786, 2002.
• 51.) Tettamanti, G., Bassi R., Viani, P., Riboni, L., Biochimie 85(3-4),423-437, 2003.
• 52.) Fredman, P., Hedberg, K., Brezicka, T., Biodrugs 17(3) 155-167, 2003.
• 53.) Hoeckstra, D., et al. J. Lipid Res. 44, 869-877, 2003.
• 54.) Radin, N. S., Biochem. J. 371:243, 2003.
• 55.) Radin, N. S., Biorg. Med. Chem. 11:2123, 2003.
• 56.) Radin, N. S., Cancer Investigation 20:1, 2002.
• 57.) Borman, S., Chemical and Engineering News 82:32, 31-35, 2004.
• 58.) Jacqueline M. Kraveka, Li Li, Zdzislaw M. Szulc, Jacek Bielawski, Besium Ogretmen, Yusuf A. Hannun, Lina M. Obeid, and Alicja Bielawska. J. Biol. Chem., 10, 1074/jbc. M700647200, February 5, 2007