ECM分解ダイナミクスの分子機構の解明

• Project Area: Integration of extracellular information by multimodal ECM activity
• Project/Area Number: 23H04932
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 板倉 英祐 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (90754218)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥76,050,000 (Direct Cost: ¥58,500,000、Indirect Cost: ¥17,550,000); Fiscal Year 2025: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000); Fiscal Year 2024: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000); Fiscal Year 2023: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000)
• Keywords: 細胞外シャペロン / 細胞外タンパク質 / タンパク質分解 / 細胞外マトリックス / ECM

Outline of Research at the Start

恒常性とは、合成と作用と分解の繰り返しである。細胞外のECMも分泌（合成）・作用・分解を繰り返すことで恒常的なダイナミクスが成立している。しかし不要ECMをどのように感知し、選択的に分解するのか不明である。本研究では、ECM分解を主軸にECMダイナミクスの全体像の解明を目指す。ECMの完全分解はエンドサイトーシスを介したリソソームで行われるため、申請者がこれまで培ったリソソーム分解蛍光検出系を応用し、ECM分解の解析に最適な蛍光アッセイ系を確立する。このECM分解アッセイ系をベースに、ECMを分解する分子機構解明とマウスを用いた生理機能解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ECMリモデリングは、ECMを合成するだけでなく、不要になった既存ECMを分解することがECMの再構成に重要である。また、異常ECMの増加や、ECMの過剰蓄積は、老化や組織線維化など様々な疾患の原因となる。これはECMの分泌・作用の異常だけでなく、分解の異常にも原因があることとも考えられる。さらにECM分解を利用することで、ECM過多を原因とする様々な疾患の治療に役立つと考えられるが、その分解経路についてはよくわかっていない。
本年度は、ECM分解を捉えるため細胞外シャペロンまたは細胞外シャペロン非依存的な経路に着目し、多様な細胞外シャペロンと基質を蛍光タグ化し、培養細胞へのエンドサイトーシス活性の測定により分解能を比較した。その結果、ECMの分解に関わる新しい細胞外シャペロン候補の同定に成功した。さらに、コラーゲンの直接的な受容体を介したエンドサイトーシス分解は知られているが、コラーゲン以外の一部のECMも直接的にエンドサイトーシスされて分解される経路が存在することが示唆された。
これらの成果は、これまでよくわかっていなかったECMの分解経路は、選択的に分解する経路が存在することを強く示唆している。現在更なる詳細な分子機構の解析を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、ECM分解に関わる細胞外シャペロンの選別を中心に進めた。候補シャペロンとECMを混合し、細胞内に取り込まれる活性をもつシャペロンを探索したところ、コラーゲンなどのECM存在下にてエンドサイトーシスされ細胞内取込みされるシャペロンを見出した。さらにこのECMと細胞外シャペロン複合体のエンドサイトーシスは特定の細胞種のみでしか見られないことから、組織特異的な機能であることも判明した。コラーゲンの種類に特異性があるのか検討したところ、試験した限りのコラーゲンの種類には関わらずエンドサイトーシスによる取込みが見られたため、コラーゲンを普遍的に分解する経路であると考えられる。
また、細胞外シャペロン非依存的なECＭのエンドサイトーシスも捉えることができた。これまで知られていてコラーゲンのエンドサイトーシス分解だけでなく、他のECMも細胞内リソソームによって分解された。これらの分解経路の分子機構の詳細をさらに現在調べている。

Strategy for Future Research Activity

ある種の細胞外シャペロンがコラーゲンとのエンドサイトーシス複合体を介して、選択的エンドサイトーシスされることが分かった。その分子機構を解明するため、細胞外シャペロンの疾患関連変異体を作成し、そのエンドサイトーシス活性を調べることで、関連疾患にフォーカスする。さらに受容体を同定するため、想定される受容体の阻害やエンドサイトーシス経路のKO細胞を広範に調べ、細胞外シャペロンとコラーゲン複合体がどのようなエンドサイトーシス経路によって、認識、リソソーム分解へ導かれるのか調べることで、ECM分解の分子機構全体像を明らかにしていく。