氏名：江﨑加代子論文題目：Disruption of lipid homeostasis by L-serine deficiency （ L-セリン欠乏による脂質恒常性の破綻）区：甲分論文内容の要旨非必須アミノ酸 L-セリンの de novo 合成経路において、第 1 段階を触媒する酵素 3-Phosphoglycerate dehydrogenase（Phgdh）の遺伝子変異による L-セリン合成不全は、ヒトにおいて小頭症など重度の中枢神経系障害を引き起こす。また、全身性 Phgdh KO マウスは脳形成不全を伴う胎生致死に至り、脳特異的 Phgdh KO（BKO）マウスも生後小頭症を呈し、脳内 L-セリン及び D-セリン含量の顕著な減少及び各種行動異常を示す。これらのヒト疾患及び各種 Phgdh KO マウスの神経症状は、 L-セリンの de novo 合成が、特に中枢神経系の発達と機能発現に不可欠であることを示す。しかし、L-セリン欠乏による細胞・個体死の機序や、成熟期におけるセリン合成能の低下が各臓器の機能や疾患リスクに及ぼす影響は未だ分子レベルで十分に理解されていない。 L-セリンはタンパク質の構成要素であるだけなく、他アミノ酸や細胞膜脂質類等の様々な生体分子の生合成に不可欠な前駆体としての代謝機能を担う。本研究では、 L-セリン欠乏による表現型に関与し得る分子としてセリンを前駆体として必要とするグリセロリン脂質とスフィンゴ脂質に着目し、 L-セリン欠乏が導く脂質代謝変化について包括的な解析を行ない、脂質代謝恒常性維持とセリン生合成の機能的連関の解明を目指した。さらに、L-セリン欠乏から生じる病態の予防・治療への貢献を目的に、中枢および末梢組織への効率的な L-セリンの供給を果たす食品成分の候補として、大豆タンパク質中に高頻度で存在する配列から L-セリン- L-チロシン（SY）を選択し、その合成ジペプチドの経口投与による脳内および血中セリン増加効果を検討した。 de novo セリン合成活性を喪失した Phgdh 欠損線維芽細胞（KO-MEF）を用い、まず L-セリン欠乏によるグリセロリン脂質の変化を検討したところ、 L-セリン制限条件下で、僅かではあるがホスファチジルセリン（PS）の有意な減少を見いだした。他の主要グリセロリン脂質では有意な変化を認めなかった。続いて serine palmitoyltransferase (SPT)による L-セリンとパルミトイル CoA の縮合反応から合成が開始されるスフィンゴ脂質類について、 L-セリン欠乏による量及び質的変化を解析するため、三連四重極質量分析装置を用いたスフィンゴ脂質高感度一斉測定系を確立した。その結果、 KO-MEF では短時間（6h）の L-セリン制限条件培養で既存スフィンゴ脂質量が減少し、一方で正常細胞では存在が稀な L-アラニンとパルミトイル CoA が縮合した異常スフィンゴ脂質類（doxSL）が L-セリン添加条件の 7 倍にまで増加することを見いだした。SPT の阻害剤である D-セリン処理により doxSL の合成は抑制されたことから、L-セリン欠乏状態で SPT は親和性が低い L-アラニンを基質として利用し doxSL を産生すると考えられた。また、 L-セリン制限条件培養 24h 後の doxSL は 6h 培養後の 30 倍にまで顕著に増加したことから、doxSL は通常のスフィンゴ脂質分解経路で代謝されず細胞内に蓄積することも見いだした。さらに、セリン制限条件で L-アラニンを添加し細胞内のアラニン/セリン比を上昇させると、顕著に doxSL 量が増加することも確認した。また、BKO 脳でも doxSL の有意な含量増加を検出した。一方で L-ロイシン制限条件では KO-MEF に doxSL は検出されなかったことから、doxSL が細胞内 L-セリン欠乏に鋭敏に応答する分子マーカーであることを明らかにした。 L-アラニン/ L-セリン比の上昇は糖尿病や精神疾患等で起こり、これらの疾患においてはスフィンゴ脂質類の変化を伴う例も報告されている。そこで、経口摂取可能な食品タンパク質の中で、 L-セリンを体内で効率よく増加させる作用を持つ配列を同定することを目的に、前述の合成ジペプチド SY を用いて、その組織移行能について L-セリン単体との比較検討を行った。SY 溶液の経口投与は、 L-セリン溶液投与よりも効率よく血中 L-セリン濃度を増加させ、その状態を長時間維持することができた。脳内 L-セリン含量も SY 溶液投与で増加したが、 L-セリン溶液投与と有意な差は認められなかった。すなわち SY は、 L-セリン単体よりも効率よく血液循環を介し末梢組織において L-アラニン/ L-セリン比の改善に貢献可能であることを示した。以上の結果より、セリン欠乏は既存正常分子種の量的減少と doxSL 産生・蓄積によりスフィンゴ脂質類の恒常性を破綻に導くことが示された。de novo 合成された L-セリンが、スフィンゴ脂質合成系への L-アラニンの流入による doxSL 産生と蓄積を抑制する代謝的防御機構として機能することを初めて明らかにした。