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Characterization of wall shear stress sensitive genes in bicuspid aortic valve aortopathy

Research Project

Project/Area Number 17K10763
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Cardiovascular surgery
Research InstitutionJichi Medical University

Principal Investigator

Koji Kawahito  自治医科大学, 医学部, 教授 (90281740)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木村 直行  自治医科大学, 医学部, 教授 (20382898)
中村 匡徳  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords大動脈二尖弁 / 剪断応力 / 共培養モデル / 遺伝子発現解析 / 壁せん断応力 / 血管内皮細胞 / 血管平滑筋細胞 / 細胞間接着分子 / MMP / 数値流体力学計算 / 胸部大動脈拡大 / 先天性大動脈二尖弁 / 大動脈瘤 / 数値流体力学 / 遺伝子
Outline of Final Research Achievements

We conducted a gene expression profiling using tissues and endothelial cells (EC)-smooth muscle cells (SMC) culture model. In patients with bicuspid valve, the ascending aorta tissues were harvested in the greater (high WSS) and lesser (low WSS) curvature, respectively (n=2-4). Three in vitro models, including EC monoculture, SMC monoculture, and EC-SMC coculture, were exposed to high (20 Pa) or low (2 Pa) WSS for 24 hours (n=2). RNAs were isolated in tissues and in vitro models for microarray.
Of 58341 probes, 1039 were differentially expressed (1.2> fold change and p<0.1) both in tissues and at least 1 in vitro model. The differentially expressed genes fell into 4 clusters: Cluster 1 (up in tissue and EC monoculture, n=147), Cluster 2 (up in tissue and all 3 models, n=289), Cluster 3 (down in tissue and all 3 models, n=205), and Cluster 4 (down in tissue and 1 model, n=398). Gene ontology analysis showed SMC migration, EC proliferation, and apoptosis pathways were affected by WSS.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

大動脈弁二尖弁は約半数の症例で上行大動脈が拡大する。胸部大動脈拡大は解離や破裂の原因となるため、病態解明は治療成績向上のため重要だが、大動脈二尖弁症例に合併する胸部大動脈拡大の発生機序は十分に解明されていない。
本研究により、大動脈二尖弁に特有な血行力学ストレスに感受性を有する遺伝子群と疾患経路が同定され、従来提唱されてきたMMP・TIMP代謝異常以外の疾患経路が存在する可能性が示唆された。大動脈二尖弁症例は、解離や破裂などの重篤な大動脈疾患の発生頻度が高いことが報告されているが、本研究成果は、治療成績向上につながる創薬および新規バイオマーカー開発につながる可能性を有する。

Report

(6 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Compressed Collagen Construct for Studying Endothelial Smooth Muscle Cell Interaction Under High Shear Stress2022

    • Author(s)
      Hiroshima Y, Oyama Y, Sawasaki K, Nakamura M, Kimura N, Kawahito K, Fujie H
    • Journal Title

      Ann Biomed Eng.

      Volume: - Issue: 8 Pages: 951-963

    • DOI

      10.1007/s10439-022-02972-7

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 衝突噴流に伴う力学刺激の組み合わせ環境が血管内皮細胞に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      髙橋幸慈、沢崎薫、中村匡徳、木村直行、川人宏次、坂元尚哉
    • Organizer
      第32回バイオフロンティア講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 大動脈二尖弁性狭窄と大動脈三尖弁性狭窄の治療成績とaortic stiffnessに関する検討2021

    • Author(s)
      木村直行, 堀大治郎, 草処翔, 清水寿和, 白石学,川人宏次, 山口敦司
    • Organizer
      第51回日本心臓血管外科学会学術総会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 弁形態分析に基づく大動脈二尖弁狭窄症例の上行大動脈拡大と治療成績に関する検討2021

    • Author(s)
      木村直行, 堀大治郎, 草処翔, 清水寿和,   野村陽平, 白石学, 川人宏次, 山口敦司
    • Organizer
      第49回日本血管外科学会学術総会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 内皮-平滑筋細胞共培養モデルのMMP産生に対する高壁せん断応力環境の影響2020

    • Author(s)
      坂元尚哉,大山侑樹,中村匡徳,木村直行,川人宏次,山崎雅史,藤江裕道
    • Organizer
      第59回日本生体医工学会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 衝突噴流環境が血管内皮細胞へ及ぼす影響2020

    • Author(s)
      沢崎薫,堀江悠太,中村匡徳,木村直行, 川人宏次,坂元尚哉
    • Organizer
      第59回日本生体医工学会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 衝突噴流が血管内皮細胞間接着に及ぼす影響2020

    • Author(s)
      沢崎 薫,堀江 悠太,中村 匡徳,木村 直行,川人 宏次,坂元 尚哉
    • Organizer
      日本機械学会第33回バイオエンジニアリング講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 衝突噴流環境が血管内皮細胞へ及ぼす影響2020

    • Author(s)
      沢崎薫 ,堀江悠太,中村匡徳,木村直行,川人宏次,坂元尚哉
    • Organizer
      生体医工学会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 圧縮コラーゲン組織を用いた共培養モデルに対する 高壁せん断応力の影響2019

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      大山侑樹, 中村匡徳, 木村直行, 川人宏次, 山崎雅史, 藤江裕道, 坂元尚哉
    • Organizer
      日本機械学会 第 32 回バイオエンジニアリング講演会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Utility of computational fluid dynamics for thoracic aortic pathology in the era of precision medicine2019

    • Author(s)
      NAOYUKI KIMURA, KOKI KAWAHITO, DAJIRO HORI, KOICHI YURI, ATSUSHI YAMAGUCHI, YUUKI OHYAMA, NAOYA SAKAMOTO, MASANORI NAKAMURA
    • Organizer
      第83回 日本循環器病学会学術集会
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      坂元 尚哉,大山 侑樹,中村 匡徳,木村 直行
    • Organizer
      第41回 日本バイオレオロジー学会
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      2018 Research-status Report
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      Naoya Sakamoto, Yuki Oyama, Yuta Horie, Masanori Nakamura,
    • Organizer
      Joint Conference of Three Societies: The European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation,
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 超高壁せん断応力による血管内皮細胞のMMPおよびeNOS産生の変化2018

    • Author(s)
      大山 侑樹,中村 匡徳,木村 直行,坂元 尚哉
    • Organizer
      日本機械学会 2018年度年次大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 血管内皮細胞の遊走および剥離に対する衝突流れの場の影響2018

    • Author(s)
      堀江悠太, 大山侑樹, 中村匡徳, 木村直行, 川人宏次, 坂元尚哉
    • Organizer
      日本機械学会 第31回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2023-01-30  

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