正常上皮細胞と変異細胞の境界におけるエンドサイトーシス機構の変化

• Project/Area Number: 14J02420
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: General medical chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 齋藤 沙弥佳 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: エンドサイトーシス / 細胞競合 / Rab5 / E-cadherin / Ras / MDCK / がん発生初期段階 / 腫瘍学 / apical extrusion / 細胞生物学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「がんはどのように発生しているのか」という基本原理の解明のため、イヌ腎上皮由来・非形質転換の細胞株であるMDCK細胞を用いた哺乳類培養細胞モデルシステムを樹立し、正常細胞と変異細胞の境界で互いの違いを認識して起こる相互作用の解析を行っている。申請者は正常細胞に囲まれたRas変異細胞においてRab5, Rab7といったエンドサイトーシスで機能するタンパク質が集積し、変異細胞の排除に重要な役割を果たしていることを見出したことから、細胞の輸送系として知られるエンドサイトーシス機構が変異細胞の排除にどのように関与しているかを解明することを目的としている。

今年度はRab5の機能に依存して変異細胞の細胞質に集積したE-cadherinの微細構造に迫るため、超解像顕微鏡を用いた観察を行った。得られた画像に対して定量解析を行ったところ、細胞質におけるE-cadherin顆粒の数と総輝度が増加していた。更にE-cadherin顆粒の一部は初期エンドソームマーカーEEA1と一部共局在していたことから、Ras変異細胞は正常細胞に囲まれるとE-cadherinが顆粒状に、初期エンドソームを経由して細胞内に集積していることが明らかとなった。

今年度の研究で明らかにした、正常細胞と超初期のがん細胞との相互作用により、エンドサイトーシス経路の活性化することで細胞間接着を制御し、変異細胞の排除に寄与しているという結果は世界で初めての知見である。本研究結果は今年度に国際総合学術誌に受理・掲載された。加えて本研究により、がん発生の超初期段階の細胞培養モデルを超解像顕微鏡で解析する実験系を確立した。この成果は今後の哺乳類細胞の細胞競合の領域において、細胞膜構造・細胞小器官・細胞骨格といった細胞の微小構造の観察所見から分子メカニズムに迫る、研究戦略のパラダイム展開に大きく貢献することが期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rab5-regulated endocytosis plays a crucial role in apical extrusion of transformed cells. (2017)
  • Author(s): S. Saitoh, T. Maruyama, Y. Yako, M. Kajita, Y. Fujioka, Y. Ohba, N. Kasai, N. Sugama, S. Kon, S. Ishikawa, T. Hayashi, T. Yamazaki, M. Tada and Y. Fujita.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: 114 Issue: 12
  • DOI: 10.1073/pnas.1602349114
  • NAID: 120006346108
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamic and influential interaction of cancer cells with normal epithelial cells in 3D culture. (2014)
  • Author(s): Ivers LP, Cummings B, Owolabi F, Welzel K, Klinger R, Saitoh S, O'Connor D, Fujita Y, Scholz D, Itasaki N.
  • Journal Title: Cancer Cell International Volume: Volume 14 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s12935-014-0108-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Filamin acts as a key regulator in epithelial defence against transformed cells. (2014)
  • Author(s): Kajita M., Sugimura, K., Ohoka, A., Burden, J., Suganuma, H., Ikegawa, M., Shimada, T., Kitamura, T., Shindoh, M., Ishikawa, S., Yamamoto, S., Saitoh, S., Yako, Y., Takahashi, R., Okajima, T., Kikuta, J., Maijima, Y., Ishii, M., Tada, M., and Fujita, Y.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4428-4428
  • DOI: 10.1038/ncomms5428
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A novel endocytic pathway upon apical elimination of transformed cell surrounded by normal epithelial cells (2017)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳、丸山 剛、藤田 恭之
  • Organizer: 第6回細胞競合コロキウム
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 正常上皮細胞に囲まれた変異細胞のapical extrusionにおける、新規のエンドサイトーシス経路 (2017)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳、丸山 剛、藤田 恭之
  • Organizer: 第二回北大・部局横断シンポジウム『免疫・癌・感染』
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
• [Presentation] Rab5-based endocytosis plays a crucial role in apical extrusion of transformed cells (2016)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第5回細胞競合コロキウム
  • Place of Presentation: 北海道大学フラテ会館(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2016-03-16
• [Presentation] Rab5依存的なエンドサイトーシスは変異細胞のapical extrusionに重要な役割を果たす (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第88回日本生化学会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] Rab5依存的なエンドサイトーシスは変異細胞の上皮層からの排除に重要な役割を果たす (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第2回六甲医学研究会
  • Place of Presentation: 六甲山ホテル(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] Rab5-based endocytosis plays a crucial role in apical extrusion of transformed cells (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 1st International Symposium on Cell Competition
  • Place of Presentation: 京都大学芝蘭会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rab5依存的なエンドサイトーシスは変異細胞のapical extrusionに重要な役割を果たす (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第67回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2015-06-30
• [Presentation] Rab5-based endocytosis plays a crucial role in apical extrusion of transformed cells. (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第4回細胞競合コロキウム
  • Place of Presentation: 定山渓ホテル(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2015-03-12 – 2015-03-13
• [Presentation] 正常上皮細胞に囲まれた変異細胞におけるエンドサイトーシス機構の変化 (2015)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 新学術領域研究-細胞競合-平成26年度第2回領域会議
  • Place of Presentation: 門司港ホテル(福岡県北九州市)
  • Year and Date: 2015-01-13 – 2015-01-14
• [Presentation] Interaction between normal and transformed epithelial cells through endocytosis (2014)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳
  • Organizer: 第6回IGMリサーチワークショップ
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-12-25
• [Presentation] 正常上皮細胞に囲まれた変異細胞におけるエンドサイトーシス機構の変化 (2014)
  • Author(s): 齋藤 沙弥佳・藤田 恭之
  • Organizer: 第1回六甲医学研究会
  • Place of Presentation: 六甲山ホテル(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2014-11-07 – 2014-11-08