Renal graft conditioning by simultaneous upregulation of 14-3-3 and Nrf2 during machine perfusion

• Project/Area Number: 17K10500
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: General surgery
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Fukai Moto 北海道大学, 医学研究院, 特任講師 (60374344)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 嶋村 剛 北海道大学, 大学病院, 准教授 (00333617) ; 川村 典生 北海道大学, 医学研究院, 特任助教 (20746953) ; 島田 慎吾 北海道大学, 医学研究院, 客員研究員 (40755576) ; 木村 太一 北海道大学, 医学研究院, 客員研究員 (90435959)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 臓器保存 / 臓器灌流 / 腎移植 / コンディショニング / 機械灌流 / 虚血再灌流傷害 / 14-3-3 / 腎臓 / 移植・再生医療 / 発現制御 / 外科

Outline of Final Research Achievements

The aims of this study are to establish a method to strengthen the protective ability of renal grafts by pharmacological interventions during machine perfusion, and to resolve the donor shortage in renal transplantation. In vitro study mimicking machine perfusion of the renal graft, using human renal tubular cell line, revealed that pharmacological conditioning successfully upregulated 14-3-3 zeta protein level and nuclear translocation of Nrf2 within 3 hours. Further, these conditioning reduced cellular injury at least in in vitro. Although these drugs seemed to be promising, in organ and in animal levels, it could not be reconfirmed due to its water-insolubility and solvent (DMSO) toxicity. After resolving the drug solubility and delivery issues, it would become a promising candidate to condition the renal graft outside the body.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

各種の薬剤性コンディションイングの有効性をヒト腎尿細管細胞株で検証した。14-3-3ζの発現増強は14-3-3結合ドメインを有する多くのリン酸化タンパク質のリン酸化を維持し、生存シグナル増強、細胞骨格アクチンの脱重合阻害、エネルギー産生系の賦活に寄与した。NaHS は生存シグナル (PI3K-Akt) の活性化、Nrf2の活性化を促進した。これらの併用がストレス下の細胞保護に寄与することを明らかにした。しかし、両薬物が水に溶けず、脂溶性溶媒に起因する毒性のために臓器レベルでは有効性を示せなかった。今後、drug delveryの検討が必須と考えられた。

Research Products

• [Journal Article] Heavy Water (D2O) Containing Preservation Solution Reduces Hepatic Cold Preservation and Reperfusion Injury in an Isolated Perfused Rat Liver (IPRL) Model (2019)
  • Author(s): Shimada Shingo、Fukai Moto、Shibata Kengo、Sakamoto Sodai、Wakayama Kenji、Ishikawa Takahisa、Kawamura Norio、Fujiyoshi Masato、Shimamura Tsuyoshi、Taketomi Akinobu
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 8 Issue: 11 Pages: 1818-1829
  • DOI: 10.3390/jcm8111818
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 脂肪肝虚血再灌流障害をターゲットとしたAMPKの役割 (2018)
  • Author(s): 島田慎吾, 柴田賢吾、小林希、三好早香、早坂孝宏、深井原、嶋村剛、武冨紹信
  • Journal Title: Organ Biology Volume: 25(2) Pages: 134-9
  • NAID: 130007418369
  • Open Access
• [Journal Article] Post-reperfusion hydrogen gas treatment ameliorates ischemia reperfusion injury in rat livers from donors after cardiac death: a preliminary study. (2018)
  • Author(s): Ishikawa T, Shimada S, Fukai M, Kimura T, Umemoto K, Shibata K, Fujiyoshi M, Fujiyoshi S, Hayasaka T, Kawamura N, Kobayashi N, Shimamura T, Taketomi A.
  • Journal Title: Surgery Today Volume: 48(12) Issue: 12 Pages: 1081-88
  • DOI: 10.1007/s00595-018-1693-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] What is the necessary technique for the development of organ perfusion? (2017)
  • Author(s): 2.深井 原, 島田 慎吾, 梅本 浩平, 中薮 拓哉, 小林 希, 三野 和宏, 嶋村 剛, 武冨 紹信
  • Journal Title: Organ Biology Volume: 24 Issue: 2 Pages: 169-174
  • DOI: 10.11378/organbio.24.169
  • NAID: 130006035077
  • ISSN: 1340-5152, 2188-0204
• [Presentation] Elucidation of the role of lyso-phospholipids on hepatic warm ischemia and reperfusion injury; Comprehenive analysis by imaging mass spectrometry. (2019)
  • Author(s): 1)Kengo Shibata, Takahiro Hayasaka, Moto Fukai, Koichi Kato, Takahisa Ishikawa, Kohei Umemoto, Shingo Shimada, Nozomi Kobayashi, Tsuyoshi Shimamura, Taichi Kimura, Akinobu Taketomi
  • Organizer: 19th Congress of the European Society for Organ Transplantation (ESOT 2019). Copenhagen, 15-18 Sep. 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidation of the mechanisms of hepatic warm ischemia and reperfusion injury in rats; Exploration of predictive markers of IRI by imaging mass spectrometry. (2019)
  • Author(s): 2)Kengo Shibata, Takahiro Hayasaka, Moto Fukai, Koichi Kato, Takahisa Ishikawa, Kohei Umemoto, Shingo Shimada, Nozomi Kobayashi, Tsuyoshi Shimamura, Taichi Kimura, Akinobu Taketomi
  • Organizer: 16th Congress of the Asian Society of Transplantation (CAST 2019). Greator Noida, India. 29-Sep, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生存シグナル増強を目指した機械灌流による肝グラフトの薬剤性コンディショニング法の探索 (2019)
  • Author(s): 3)深井原、柴田賢吾, 島田慎吾, 石川隆壽, 若山顕治, 藤好直, 小林希, 加藤紘一, 早坂孝宏, 三野和宏, 川村典生, 嶋村剛，武冨紹信
  • Organizer: 第119回日本外科学会定期学術集会, 大阪国際会議場, 2019.4.20
• [Presentation] 虚血再灌流傷害に対する水素ガスの作用点の探索 (2019)
  • Author(s): 4)深井原, 柴田賢吾, 坂本聡大, 島田慎吾, 小林希, 石川隆壽, 若山顕治, 藤好真人, 川村典生, 嶋村剛, 武冨紹信
  • Organizer: 第46回 日本臓器保存生物医学会学術集会 (福島, ,ふくしま医療機器開発支援センター) 2019.11.8
  • Invited
• [Presentation] 温虚血再灌流障害におけるリゾリン脂質の役割に関する基礎的研究―質量分析イメージング法による解析 (2019)
  • Author(s): 5)柴田賢吾、橋本咲月、早坂孝宏、深井原、加藤紘一、中薮拓哉、島田慎吾、小林希、梅本浩平、大谷晋太郎、三野和宏, 嶋村剛，木村太一、武冨紹信
  • Organizer: 第119回 日本外科学会定期学術集会 (大阪,大阪国際会議場) 2019.4.19 (Young Investigator’s Award Session)
• [Presentation] 心停止ドナー肝のNrf2と生存シグナルを増強させる薬剤性コンディショニング法の探索 (2018)
  • Author(s): 深井原, 島田慎吾, 小林希, 中藪拓哉, 石川隆壽, 柴田賢吾, 梅本浩平, 鈴木崇史,三野和宏,嶋村剛, 武冨紹信
  • Organizer: 第118回 日本外科学会学術集会 (東京, 東京国際フォーラム) 2018.4.7
• [Presentation] 温虚血再灌流障害におけるリゾリン脂質の役割に関する基礎的研究 - 質量分析イメージング法による解析 (2018)
  • Author(s): 柴田賢吾, 橋本咲月, 早坂孝宏, 深井原, 加藤紘一, 中薮拓哉, 島田慎吾，小林希，梅本浩平, 鈴木崇史, 大谷晋太郎, 三野和宏, 嶋村剛，木村太一, 武冨紹信
  • Organizer: 第45回 日本臓器保存生物医学会学術集会 (名古屋, 今池ガスホール) 2018.11.10
• [Presentation] 臓器灌流時のコンディショニング法の探索 (2017)
  • Author(s): 11)深井原, 島田慎吾, 梅本浩平, 中藪拓哉, 柴田賢吾, 早坂孝宏, 鈴木崇史,大谷晋太郎, 橋本咲月, 三野和宏, 嶋村剛, 武冨紹信
  • Organizer: 第44回 日本臓器保存生物医学会学術集会
• [Presentation] 小腸上皮細胞の低温保存における溶存酸素と酸化ストレスの影響 (2017)
  • Author(s): 中薮拓哉 ,深井原, 島田慎吾，小林希，梅本浩平，柴田賢吾, 早坂孝宏、鈴木崇史、大谷晋太郎、橋本咲月、三野和宏, 嶋村剛，武冨紹信
  • Organizer: 第44回 日本臓器保存生物医学会学術集会