医化学
- Medical Biochemistry

基本情報

学域名	分子生体医学講座　医化学 (英語表記)Medical Biochemistry
代表者	教授徳永文稔 -　Fuminori Tokunaga
場所	学舎 16階
連絡先	TEL：06-6645-3720 MAIL：ftokunaga@omu.ac.jp
ホームページ	https://www.omu.ac.jp/med/medbiochem/
概要	旧大阪市立大学医学部生化学教室は、昭和49年に第一と第二に分かれ、生化学教室の教授であった森澤成司先生が引き続き初代の第一生化学教室を主宰されました。その後、井上正康教授在任中（平成4年〜23年）に大学院重点化に伴い、第一生化学から分子病態学と名称変更されました。平成28年4月から徳永が群馬大学生体調節研究所から着任し、分子病態学を主宰しましたが、令和4年4月に大阪公立大学となったことを機に医化学と名称変更し、現在に至っています。　現在、医化学講座ではユビキチン系を主とする時空間特異的な翻訳後修飾の生化学・分子細胞生物学的解析と、その生理機能解析、疾患との関わりの解明を目指しています。特に、私たちが発見したLUBACユビキチンリガーゼによるユビキチンのＮ末端を介した新規「直鎖状ユビキチン鎖」は、炎症、免疫、細胞死制御に重要なNF-κBシグナル制御に必須であることが明らかになってきました。さらに最近、直鎖のみならず、多様なユビキチン連結からなる複雑なユビキチン鎖生成と除去が多彩な細胞機能を微細制御していることが明らかになり、基礎分子細胞生物学的に重要な課題となっています。また、私たちはLUBACを中心とするユビキチン修飾ダイナミクスの制御破綻が、神経変性疾患（筋萎縮性側索硬化症、アルツハイマー病）、炎症性疾患（炎症性大腸炎、肝炎）、癌、自己免疫疾患（関節リウマチ、SLE）、生活習慣病（肥満、糖尿病）などの疾患発症にどのように関わるか研究を推進しています。私たちは、これら疾患の治療を目指した基礎研究として、LUBACに対する阻害剤(HOIPINs)を独創的に開発しましたが、ユビキチン修飾系を標的とした新たな創薬シーズの探索も推進しています。

教育方針

教育について

医化学講座は、下記の医学部医学科の基礎教科を担当します。１年次の講義では、高校時に生物を履修していない学生も多いため、基礎生物的内容を中心に医学への関連性を意識して講義します。2年次講義では、臨床遺伝学における基礎・臨床の垂直統合を目指します。また、実習は近年目覚ましい進展を遂げている分子生物学の重要性について理解を深めるように実践します。

特徴的な取り組み

１年前期　「遺伝と遺伝子」
Essential細胞生物学（南江堂）を教科書として、DNA→RNA→タンパク質に至るセントラルドグマを中心に、ゲノム進化や遺伝子解析技術について医化学教員と分子細胞生物学（塩田准教授）が講義します。
１年後期　「細胞生物学」
前期「遺伝と遺伝子」に引き続いてEssential細胞生物学（南江堂）を教科書として、細胞の基本構造、シグナル伝達、細胞周期、接着、物質輸送、細胞死などについて医化学教員、神経生理学（水関教授）、分子細胞生物学（塩田准教授）、病態生理学（高杉助教）が講義します。
２年前期　「遺伝医学」
「遺伝医学」は、従来の1年後期講義から令和5年度より2年前期講義へ移行します。ゲノム医学（メディカル・サイエンス・インターナショナル）を教科書として、医化学と免疫制御学教員から臨床遺伝学の原理について学習するとともに、最新の遺伝子解析技法（ゲノム免疫学植松教授）、出生前診断（女性生涯学田原講師）、癌の個別化医療（癌分子病態制御学八代准教授）、遺伝カウンセリング（臨床遺伝学瀬戸准教授）など臨床応用を意識した講義を行います。
２年前期　「医学研究推進コース２（分子系実習・遺伝子コース）」
分子生物学的研究手法を習得する目的で、細胞からのゲノムDNA抽出、PCR、大腸菌を用いた遺伝子組換え、プラスミド調整、制限酵素消化を行います。本実習を通して、実験の原理に基づいて正しい結果の解釈ができるようになること、ピペットマン等を用いた基礎実験手技を体得することを目指します。
３年後期　「医学研究推進コース３（修業実習）」
小グループに約３ヶ月間所属し、医化学教員とマンツーマンで基礎実験（基本的に細胞を培養し、その動態を生化学、分子細胞生物学的に解析する研究テーマ）を遂行します。最終的にレポートを作成し、発表会にて発表・質疑応答のトレーニングをします。

大学院について

大学院生においては、主に生化学・分子細胞生物学的手法を用いた最先端実験解析技術の指導を行い、その習得・実践を通して基礎医学研究を推進するとともに研究成果を国内外の学会や英語原著論文として発表できるように指導します。さらに、国内外で先導的な役割を果たす研究者との交流を深め、基礎医学研究の重要性を認識するよう活性化します。他大学からの大学院修士課程学生の参画も大いに歓迎し、基礎医学実験が習得できるよう指導します。また、学部学生においても、研究意欲の高い学生の研究室参画を歓迎し、論文講読や基礎的実験手技の指導を行い、将来的な基礎医学研究者育成を目指します。

研究について

概要

大阪公立大学大学院医学研究科医化学講座では、医科学専攻修士課程と基礎医科学専攻博士課程の大学院生を募集しています。
修士課程は、４年制学部を卒業した学生が高度な最先端医学知識や技術を習得する２年のコースで、研究職として企業等への就職や、博士課程進学を目指します。一方、博士課程は４年のコースで、最先端研究を先導的に推進し、独創性に富み、世界的に活躍する医学研究者の育成を目指します。
当講座では、生化学、分子細胞生物学、病態医化学的研究の推進によって、国内外学会発表や学位論文作成、日本学術振興会特別研究員や奨学金等の応募申請をサポートします。基礎実験では、対照（コントロール）や再現性の確認が必須であり、細胞を用いた解析では適切な培養状況を維持することが大切になるため、日々コンスタントに実験を行うことが求められます。一朝一夕に華々しい研究結果が出ることはありませんが、実験結果の集積によって世界レベルの研究成果に至ることが、基礎研究の醍醐味です。このような基礎研究に熱意を持って没頭できる大学院生を求めています。

教室を代表する業績

Oikawa, D., Gi, M., Kosako, H., Shimizu, K., Takahashi, H., Shiota, M., Hosomi, S., Komakura, K., Wanibuchi, H., Tsuruta, D., Sawasaki, T., and Tokunaga, F. (2022) OTUD1 deubiquitinase regulates NF-kappaB- and KEAP1-mediated inflammatory responses and reactive oxygen species-associated cell death pathways. Cell Death Dis 13, 694
Zhang, Q., Terawaki, S., Oikawa, D., Okina, Y., Usuki, Y., Ito, H., and Tokunaga, F. (2022) Suppression of Linear Ubiquitination Ameliorates Cytoplasmic Aggregation of Truncated TDP-43. Cells 11, 2398
Miyashita, H., Oikawa, D., Terawaki, S., Kabata, D., Shintani, A., and Tokunaga, F. (2021) Crosstalk Between NDP52 and LUBAC in Innate Immune Responses, Cell Death, and Xenophagy. Front Immunol 12, 635475
Oikawa, D., Hatanaka, N., Suzuki, T., and Tokunaga, F. (2020) Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC Involvement in T Cell Receptor-Mediated NF-κB Activation Pathway. Front Immunol 11, 601926
Oikawa, D., Sato, Y., Ohtake, F., Komakura, K., Hanada, K., Sugawara, K., Terawaki, S., Mizukami, Y., Phuong, H. T., Iio, K., Obika, S., Fukushi, M., Irie, T., Tsuruta, D., Sakamoto, S., Tanaka, K., Saeki, Y., Fukai, S., and Tokunaga, F. (2020) Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of LUBAC and innate immune responses. Commun Biol 3, 163
Nakazawa, S., Oikawa, D., Ishii, R., Ayaki, T., Takahashi, H., Takeda, H., Ishitani, R., Kamei, K., Takeyoshi, I., Kawakami, H., Iwai, K., Hatada, I., Sawasaki, T., Ito, H., Nureki, O., and Tokunaga, F. (2016) Linear ubiquitination is involved in the pathogenesis of optineurin-associated amyotrophic lateral sclerosis. Nat Commun 7, 12547

主な研究内容

現在の主な研究テーマ

直鎖状ユビキチン化修飾を介した炎症・免疫シグナル制御と疾患の解明

概要	NF-κBシグナルは炎症応答や自然・獲得免疫において中枢的な役割を果たすシグナル伝達経路です。当研究室では、ユビキチンのN末端Metを介してユビキチンが連結した「直鎖状ポリユビキチン鎖」を特異的に生成するユビキチンリガーゼ（LUBAC）を発見し、炎症性サイトカイン刺激時に伴うNF-kB経路活性化にLUBACが必須であることを見出してきました。そこで、CRISPR/Cas9法を用いたノックアウト技術を活用し、LUBACサブユニットの欠損細胞を作製し、生理機能への影響を解析しています。特に、自然・獲得免疫応答、MAPキナーゼ活性化経路、インターフェロン産生経路、アポトーシス経路、マイトファジーを中心に基礎研究を進め、その破綻によって引き起こされるＢ細胞リンパ腫、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、パーキンソン病などの疾患との連関を明らかにします。　　　※画像をクリックすると拡大して表示します。

概要

NF-κBシグナルは炎症応答や自然・獲得免疫において中枢的な役割を果たすシグナル伝達経路です。当研究室では、ユビキチンのN末端Metを介してユビキチンが連結した「直鎖状ポリユビキチン鎖」を特異的に生成するユビキチンリガーゼ（LUBAC）を発見し、炎症性サイトカイン刺激時に伴うNF-kB経路活性化にLUBACが必須であることを見出してきました。そこで、CRISPR/Cas9法を用いたノックアウト技術を活用し、LUBACサブユニットの欠損細胞を作製し、生理機能への影響を解析しています。特に、自然・獲得免疫応答、MAPキナーゼ活性化経路、インターフェロン産生経路、アポトーシス経路、マイトファジーを中心に基礎研究を進め、その破綻によって引き起こされるＢ細胞リンパ腫、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、パーキンソン病などの疾患との連関を明らかにします。

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新規NF-kBシグナル制御因子の同定と機能解析

概要	LUBACが生成する直鎖状ユビキチン鎖は、特異的タンパク質を集積させる足場として働きます。したがって、直鎖状ユビキチン鎖結合タンパク質は、炎症・免疫シグナルの制御因子として機能する可能性があり、当研究室では新規直鎖状ユビキチン結合タンパク質の同定を進めるとともに、それらの細胞機能解析を行っています。また、LUBACに結合してその機能を増強または減弱させるユビキチンリガーゼを各1種同定しており、その細胞機能解析やノックアウトマウスを用いた研究から、ユビキチンリガーゼのクロストークが炎症・免疫を制御するという新たなパラダイムを拓きつつあります。

脱ユビキチン化酵素の炎症・免疫制御やマイトファジーにおける役割

概要	ヒトでは93種の脱ユビキチン化酵素が存在し、ユビキチンリガーゼによって生成されたユビキチン鎖を分解することで負の制御を司りますが、当研究室ではこれらの脱ユビキチン化酵素cDNAを独自に調製しており、炎症・免疫制御やミトコンドリア特異的オートファジー（マイトファジー）に関わる脱ユビキチン化酵素の同定を行っています。興味深いことに、脱ユビキチン化酵素の中には、ユビキチン分解のみならずユビキチン結合によって負の制御を司るものもあり、重要な機能ドメインの同定や抑制機構の構造生物学的解析を行っています。さらに、脱ユビキチン化酵素が関与する疾患との連関も視野に入れた研究を進めています。

創薬を目指したNF-kBシグナル制御性化合物の探索と生理機能解析

概要	LUBACによる直鎖状ユビキチン鎖生成を介したNF-kB活性化は細胞の生存や各種疾患との連関も深いため、重要な創薬標的の一つです。当研究室では、LUBACのユビキチンリガーゼとしての活性阻害剤、直鎖状ユビキチン鎖とその結合タンパク質間の相互作用を抑制する化合物、及び直鎖状ユビキチン鎖制御に関わる脱ユビキチン化酵素の阻害剤のスクリーニングを創薬機構の化合物ライブラリーから検索し、有効なシード化合物を見出しています。現在、創薬への展開を目指して、これら化合物の生化学、細胞生物学、薬理学的作用機序の解明を進めています。

分類不能型免疫不全症原因遺伝子の解析

概要	分類不能型免疫不全症(Common Variable Immunodeficiency, CVID)は、複数サブクラスの抗体産生が不全になるため、易感染など免疫不全症を呈する難病であり、これまでに幾つかの原因遺伝子が同定されているものの、詳細な発症メカニズムは不明です。当研究室では、そのうちの1種について炎症・免疫応答、インターフェロン産生経路、アポトーシス、オートファジーとの関連を細胞レベルで解析するとともに、ノックアウトマウスの表現型解析を進めています。これによってCVIDの発症機構を解明し、新規創薬標的の同定を目指します。