カルシウムイオンに着目したＫＩＤ症候群の病態解析：生体内観察とシミュレーション

• Project/Area Number: 18J40190
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Dermatology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 村田 光麻 京都大学, 医学研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 皮膚角化細胞 / 分化 / 細胞死 / カルシウム / イメージング / 皮膚 / 表皮 / 上皮細胞 / 上皮組織 / 角化 / 角化細胞 / カルシウムイオン / マウス / コネキシン / KID症候群 / 角化症 / 遺伝性疾患 / 生体内観察

Outline of Annual Research Achievements

結果1:Ca2+上昇は角化を誘導する
「角化に先立って起こるCa2+上昇が角化を誘導する」という仮説をたて、培養細胞を用いて検証した。培養液中のCa2+をEGTAによってキレートすると、角化直前の細胞内Ca2+上昇は起こらなくなり、角化の特徴であるCornifiedenvelopeという構造の形成も停止した。そのため、Ca2+上昇は細胞外から細胞内への流入によって起こることが推測された。続いて、そのCa2+流入を担うチャネルを同定するため、1細胞RNA-seqを用いて、発現するチャネル分子を網羅的に同定した。発現するチャネル分子のそれぞれに対する阻害薬を用いたスクリーニングを行い、細胞内Ca2+上昇を阻害する薬剤を同定した。そして、この阻害薬によって角化が強く阻害されることを見出した。
結果2:Ca2+の異常な上昇は角化異常症を引き起こす。
さらに、Ca2+が本当に角化を誘導するのであれば、Ca2+の異常により角化が異常になる疾患があるのではないかと考え、チャネル分子の遺伝子変異によって起こる角化症(角化が促進する疾患群)の一つであるKeratitis-Ichthyosis-Deafness(KID:角膜炎-魚鱗癬-難聴)症候群に着目した。KID症候群ではギャップ結合を作る分子の一つであるコネキシン26に変異があり、細胞同士ではなく細胞内外のチャネル機能が異常に高いヘミチャネルを形成することが明らかになっている。申請者は、このヘミチャネルによって細胞外から細胞内へCa2+が異常に多く流入し、角化を促進するのではないかと仮説をたてた。そこでKID症候群モデルマウスを作成し、二光子顕微鏡によって病変形成前の皮膚のCa2+濃度を生体内で観察し、まず角層直下のCa2+上昇が起こり、続いて角化の促進が起こることが明らかになった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Combined multiphoton imaging and biaxial tissue extension for quantitative analysis of geometric fiber organization in human reticular dermis (2019)
  • Author(s): Maho Ueda, Susumu Saito, Teruasa Murata, Tomoko Hirano, Ryoma Bise, Kenji Kabashima, Shigehiko Suzuki
  • Journal Title: Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ Volume: ２３：９（１） Issue: 1 Pages: 10644-10644
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47213-5
  • NAID: 120006708224
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transient elevation of cytoplasmic calcium ion concentration at a single cell level precedes morphological changes of epidermal keratinocytes during cornification (2018)
  • Author(s): Murata Teruasa、Honda Tetsuya、Egawa Gyohei、Yamamoto Yasuo、Ichijo Ryo、Toyoshima Fumiko、Dainichi Teruki、Kabashima Kenji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24899-7
  • NAID: 120006522872
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Identification of aberrantly high cytoplasmic Ca2+ in granular keratinocytes preceding hyperkeratosis in KID syndrome by intravital imaging (2020)
  • Author(s): Teruasa Murata, Tetsuya Honda, Hiromi Doi, Teruki Dainichi, Kenji Kabashima
  • Organizer: 45th Annual Meeting of the Japanese Society for Investigative Dermatology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 第34回角化症研究会、Revertant mosaicismを疑う所見を呈したKID症候群における難治性カンジダ 皮膚炎の1例 (2019)
  • Author(s): 小松貴義・村田光麻
  • Organizer: 第34回角化症研究会
• [Presentation] 角化細胞の細胞質カルシウムイオン濃度に着目したKID症候群の病態解析 (2019)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 第34回角化症研究会
• [Presentation] 表皮角化細胞の細胞質カルシウムイオン濃度に着目した角化症の病態解析 (2019)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 第2回炎症性皮膚疾患集中セミナー
  • Invited
• [Presentation] 表皮角化細胞の細胞内カルシウムイオン濃度のダイナミクスと表皮の分化との関係 (2019)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 皮膚科学と数理科学の接点
  • Invited
• [Presentation] Distinct dynamics of cytoplasmic calcium ions of epidermal keratinocytes in connexin-related keratoderma (2019)
  • Author(s): Teruasa Murata
  • Organizer: Gordon research seminar(Epithelial differentiation and keratinization)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct dynamics of cytoplasmic calcium ions of epidermal keratinocytes in connexin-related keratoderma (2019)
  • Author(s): Teruasa Murata
  • Organizer: Gordon research conference(Epithelial differentiation and keratinization)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 表皮角化細胞は角化直前に細胞内カルシウム濃度を一過性に上昇させる (2018)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 第33回 角化症研究会
• [Presentation] 表皮角化細胞は角化の直前に細胞内カルシウムイオン濃度を一過性に上昇させる (2018)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 第84回HMMCセミナー(第1回HMMC数理皮膚科学セミナー)
  • Invited
• [Presentation] マウス表皮角化細胞の細胞質カルシウムイオン濃度の生体内観察 (2018)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 生理学研究所研究会
• [Presentation] 細胞質カルシウムイオン濃度に着目した角化症の病態解析 (2018)
  • Author(s): 村田光麻
  • Organizer: 第5回六甲医学研究会
• [Book] 皮膚疾患と慢性炎症 （別冊 BIO Clinica 慢性炎症と疾患 通巻26号 第10巻第1巻） (2021)
  • Author(s): 村田 光麻
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 北隆館