Elucidation of the molecular pathogenesis of sarcopenia and development of novel therapeutic strategies

• Project/Area Number: 19H03556
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52010:General internal medicine-related
• Research Institution: Dokkyo Medical University (2022); Tokyo Medical and Dental University (2019-2021)
• Principal Investigator: 頼 建光 獨協医科大学, 医学部, 教授 (80334431)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: WNKキナーゼ / 慢性腎臓病 / FOXO4 / NKCC1 / Na-K-Cl共輸送体1 (NKCC1) / ループ利尿薬 / Na-K-2Cl共輸送体1 (NKCC1)

Outline of Research at the Start

WNK キナーゼは、遺伝性高血圧疾患である偽性低アルドステロン症 II 型の原因遺伝子であり、腎臓での塩分出納、血管トーヌスの調節、脂肪細胞の分化制御など生体の恒常性維持に深く関わる。WNK の下流分子の一つである輸送体 Na - K - 2Cl 共輸送体1（NKCC1）は骨格筋形成を正に制御しており、その阻害剤ループ利尿薬は骨格筋の再生を抑制し、サルコペニア（加齢や疾病による筋肉量の低下）に関与する。本研究ではさらに、骨格筋の主要 WNK アイソフォームである WNK1 に着目し、骨格筋形成とサルコペニア発症・進展における役割を解明する事が目的である。

Outline of Annual Research Achievements

1. Protein kinase A（PKA）活性と白色脂肪におけるエネルギー代謝について
PKA活性は cAMP と A kinase anchoring proteins（AKAPs）で制御される。先行研究でAKAPs-PKA 結合阻害薬が腎臓で PKAを活性化し抗利尿作用を発揮すると報告したが，腎臓で効果に乏しい化合物X がマウス白色脂肪で PKA を活性化した。白色脂肪は通常エネルギー貯蔵の場として働くが，ベージュ化することによりエネルギー消費を亢進する。化合物 X は短期投与によりマウス白色脂肪でベージュ化の指標である UCP-1発現を誘導し，長期投与によって高脂肪食負荷マウスで血中の遊離脂肪酸を低下させて体重増加を抑制した。PKA 活性化がエネルギー代謝への介入の有用な標的となり，化合物 X が慢性腎臓病（CKD）におけるエネルギー代謝異常の治療薬となる可能性を示した。
2.不飽和脂肪酸（PUFA）の関与について
CKDのエネルギー代謝における PUFA 代謝酵素と代謝物の役割につき、CKD モデルマウスを作成し，CKD におけるそれらの役割を検証した。C57BL／6 J マウスに対して 5／6 腎摘による CKD モデルを作成し，CKD 腎における PUFA 代謝酵素の増減を qPCR で解析した。CKD において発現量が変化した代謝酵素に関してはその遺伝子改変マウスを用いて CKD モデルを作成し，フェノタイプを解析した。CKD の腎臓において主要な PUFA 代謝酵素のうち Alox15 がコントロール群と比して変化しており，mRNA・蛋白レベル共に増加していた。Alox15 KO マウスの CKD モデルを作成すると，野生型と比して血清 Cre の低下及び腎線維化の抑制を認めた。Alox15がCKDに置けるエネルギー代謝障害に関与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

慢性腎臓病（CKD）におけるエネルギー代謝障害へのProtein kinase A（PKA）の関与は不明であった。当該年度においては、PKA-cAMP -A kinase anchoring proteins（AKAPs）シグナル系がUCP-1を介して白色脂肪におけるエネルギー代謝を制御していることを明らかにすることができた。
またCKDにおけるエネルギー代謝障害への不飽和脂肪酸（PUFA）の関与についても、Alox15の関与ついて明らかにすることができた。
このように基礎研究においてはCKDにおけるサルコペニア発症に繋がるエネルギー代謝障害についての新たな知見を得ることができ、順調に成果をあげることができたが、臨床研究についてはコロナ禍のため、関連病院と連携しての立ち上げが遅れている。

Strategy for Future Research Activity

CKDにおけるサルコペニア発症の詳細な分子メカニズム解明を目指す。　WNK1 による骨格筋形成の詳細な分子メカニズム解明を目指す。基礎、臨床の両面から多角的に下記の研究を行う。
1. 基礎研究 (in vitro)：WNKキナーゼ による atrogene の転写制御機構の解明：FOXO4 のリン酸化部位の特定、ならびに同部位のリン酸化が FOXO4 の核内外局在ならびに atrogene 転写活性に及ぼす影響を検証する。また、リン酸化プロテオミクス手法を用いて培養細胞において網羅的なリン酸化プロテオーム解析を行い、WNK1- NKCC1 シグナル伝達系、WNK1 - FOXO4 シグナル伝達系の新規基質を同定する。
2. 基礎研究 (in vivo)：遺伝子改変マウスを用いた WNKキナーゼの骨格筋形成における機能の解析：WNK1 ヘテロノックアウトマウスの骨格筋量、筋線維サイズの表現型を解析し、細胞実験で確認された WNK1 発現量低下に伴う FOXO4 の細胞核内移行、atrogene 発現増加を生体骨格筋で検証する。並行して同マウスで、骨格筋WNK1 発現の増加刺激である長期運動トレーニングを行い、WNK1 の筋肥大効果への影響を野生型マウスと比較する。
3. 臨床研究：CKD 患者のコホートを用いたサルコペニアのリスクと相関するバイオマーカーの同定：CKD 患者のコホートにおいて、死亡、心血管病発症、末期腎不全への到達をエンドポイントとして、サルコペニアの有無、程度と予後の関係について前向きに検討する。コホートの計画、関連施設での倫理委員会への研究計画の承認を行い、患者登録を開始する。

Research Products

• [Journal Article] Generation of NPHP1 knockout human pluripotent stem cells by a practical biallelic gene deletion strategy using CRISPR/Cas9 and ssODN (2022)
  • Author(s): Nakano Yuta、Susa Koichiro、Yanagi Tomoki、Hiraoka Yuichi、Suzuki Takefumi、Mori Takayasu、Ando Fumiaki、Mandai Shintaro、Fujiki Tamami、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • Journal Title: In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal Volume: 58 Issue: 2 Pages: 85-95
  • DOI: 10.1007/s11626-022-00655-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deletion of Alox15 improves kidney dysfunction and inhibits fibrosis by increased PGD2 in the kidney (2021)
  • Author(s): Takahashi Naohiro、Kikuchi Hiroaki、Usui Ayaka、Furusho Taisuke、Fujimaru Takuya、Fujiki Tamami、Yanagi Tomoki、Matsuura Yoshiaki、Asano Kenichi、Yamamoto Kouhei、Ando Fumiaki、Susa Koichiro、Mandai Shintaro、Mori Takayasu、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Arita Makoto、Sohara Eisei
  • Journal Title: Clinical and Experimental Nephrology Volume: 25 Issue: 5 Pages: 445-455
  • DOI: 10.1007/s10157-021-02021-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic Background and Clinicopathologic Features of Adult-onset Nephronophthisis (2021)
  • Author(s): Fujimaru Takuya、Kawanishi Kunio、et al.
  • Journal Title: Kidney International Reports Volume: 未定 Issue: 5 Pages: 1346-1354
  • DOI: 10.1016/j.ekir.2021.02.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vasopressin Induces Urinary Uromodulin Secretion By Activating PKA (Protein Kinase A) (2021)
  • Author(s): Nanamatsu Azuma、Mori Takayasu、Ando Fumiaki、Furusho Taisuke、Mandai Shintaro、Susa Koichiro、Sohara Eisei、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • Journal Title: Hypertension Volume: In press Issue: 6 Pages: 1953-1963
  • DOI: 10.1161/hypertensionaha.121.17127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Burden of kidney disease on the discrepancy between reasons for hospital admission and death: An observational cohort study (2021)
  • Author(s): Mandai Shintaro、Ando Fumiaki、Mori Takayasu、Susa Koichiro、Iimori Soichiro、Naito Shotaro、Sohara Eisei、Uchida Shinichi、Fushimi Kiyohide、Rai Tatemitsu
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 11 Pages: 0258846-0258846
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0258846
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phenotypic differences of mutation‐negative cases in Gitelman syndrome clinically diagnosed in adulthood (2020)
  • Author(s): Mori Takayasu、Chiga Motoko、Fujimaru Takuya、Kawamoto Ryosuke、Mandai Shintaro、Nanamatsu Azuma、Nomura Naohiro、Ando Fumiaki、Susa Koichiro、Sohara Eisei、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • Journal Title: Human Mutation Volume: 42 Issue: 3 Pages: 300-309
  • DOI: 10.1002/humu.24159
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] WNK1-TAK1 signaling suppresses lipopolysaccharide-induced cytokine production and classical activation in macrophages (2020)
  • Author(s): Arai Yohei、Asano Kenichi、Mandai Shintaro、Ando Fumiaki、Susa Koichiro、Mori Takayasu、Nomura Naohiro、Rai Tatemitsu、Tanaka Masato、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 533 Issue: 4 Pages: 1290-1297
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sodium-calcium exchanger 1 is the key molecule for urinary potassium excretion against acute hyperkalemia (2020)
  • Author(s): Shoda W, Nomura N, Ando F, Tagashira H, Iwamoto T, Ohta A, Isobe K, Mori T, Susa K, Sohara E, Rai T, Uchida S.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 15(6) Issue: 6 Pages: 0235360-0235360
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0235360
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Renal TNFα activates the WNK phosphorylation cascade and contributes to salt-sensitive hypertension in chronic kidney disease (2020)
  • Author(s): Furusho T, Sohara E, Mandai S, Kikuchi H, Takahashi N, Fujimaru T, Hashimoto H, Arai Y, Ando F, Zeniya M, Mori T, Susa K, Isobe K, Nomura N, Yamamoto K, Okado T, Rai T, Uchida S
  • Journal Title: Kidney International Volume: 97 Issue: 4 Pages: 713-727
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.11.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nationwide in-hospital mortality following major fractures among hemodialysis patients and the general population: An observational cohort study (2020)
  • Author(s): Mandai Shintaro、Sato Hidehiko、Iimori Soichiro、Naito Shotaro、Tanaka Haruna、Ando Fumiaki、Susa Koichiro、Isobe Kiyoshi、Mori Takayasu、Nomura Naohiro、Sohara Eisei、Okado Tomokazu、Uchida Shinichi、Fushimi Kiyohide、Rai Tatemitsu
  • Journal Title: Bone Volume: 130 Pages: 115122-115122
  • DOI: 10.1016/j.bone.2019.115122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tacrolimus ameliorates the phenotypes of type 4 Bartter syndrome model mice through activation of sodium?potassium?2 chloride cotransporter and sodium?chloride cotransporter (2019)
  • Author(s): Matsuura Yoshiaki、Nomura Naohiro、Shoda Wakana、Mori Takayasu、Isobe Kiyoshi、Susa Koichiro、Ando Fumiaki、Sohara Eisei、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 517 Issue: 2 Pages: 364-368
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.07.086
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tolvaptan activates the Nrf2/HO-1 antioxidant pathway through PERK phosphorylation (2019)
  • Author(s): Fujiki Tamami、Ando Fumiaki、Murakami Kana、Isobe Kiyoshi、Mori Takayasu、Susa Koichiro、Nomura Naohiro、Sohara Eisei、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 9245-9245
  • DOI: 10.1038/s41598-019-45539-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Failure to sense energy depletion may be a novel therapeutic target in chronic kidney disease (2019)
  • Author(s): Kikuchi H, Sasaki E, Nomura N, Mori T, Minamishima YA, Yoshizaki Y, Takahashi N, Furusho T, Arai Y, Mandai S, Yamashita T, Ando F, Maejima Y, Isobe K, Okado T, Rai T, Uchida S, Sohara E
  • Journal Title: Kidney international Volume: 95 Issue: 1 Pages: 123-137
  • DOI: 10.1016/j.kint.2018.08.030
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PKA活性化薬は白色脂肪のベージュ化を促進し、高脂肪食負荷マウスで体重増加を抑制する (2021)
  • Author(s): 藤木珠美, 安藤史顕, 萬代新太郎, 須佐紘一郎, 森崇寧, 蘇原映誠, 頼建光, 内田信一
  • Organizer: 第６４回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 尿細管基底膜の厚い二重化は、成人ネフロン癆の遺伝学的診断根拠となり得る (2021)
  • Author(s): 藤丸拓也, 蘇原映誠, 川西邦夫, 森崇寧, 千賀宗子, 萬代新太郎, 安藤史顕, 須佐紘一郎, 飯盛聡一郎, 内藤省太郎, 頼建光, 長田道夫, 内田信一
  • Organizer: 第６４回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 遺伝性腎臓病が疑われた症例において嚢胞性腎疾患を除く約半数にCOL4A遺伝子群の希少変異を認めた (2021)
  • Author(s): 河本 亮介, 森 崇寧, 安藤 史顕, 萬代 新太郎, 須佐 紘一郎, 蘇原 映誠, 頼 建光, 内田 信一
  • Organizer: 第６４回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] バゾプレシンはPKA活性化を介してuromodulin尿中分泌を促進する (2021)
  • Author(s): 七松 東, 森 崇寧, 安藤 史顕, 古荘 泰佑, 萬代 新太郎, 須佐 紘一郎, 蘇原 映誠, 頼 建光, 内田 信一
  • Organizer: 第６４回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Alox15 knock-outマウスは、腎臓におけるPGD2の増加を介してCKDの腎障害及び線維化を改善する (2021)
  • Author(s): 高橋直宏, 蘇原映誠, 有田誠, 菊池寛昭, 安藤史顕, 須佐紘一郎, 萬代新太郎, 森崇寧, 頼建光, 内田信一
  • Organizer: 第６４回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Alox15 KO マウスはCKD の腎障害及び線維化に抵抗性を示す (2020)
  • Author(s): 高橋直宏、蘇原映誠、有田誠、菊池寛昭、安藤史顕、磯部清志、須佐紘一郎、萬代新太郎、森崇寧、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] PKA は hepsin の活性に影響し uromodulin の細胞外分泌を促進する (2020)
  • Author(s): 七松東, 森崇寧, 安藤史顕, 萬代新太郎, 磯部清志, 須佐紘一郎, 蘇原映誠, 頼建光, 内田信一
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Gitelman 症候群と臨床診断された成人患者の遺伝的背景と変異 陰性例における表現系の検討 (2020)
  • Author(s): 森崇寧, 千賀宗子, 藤丸拓也, 萬代新太郎, 蘇原映誠, 頼建光, 内田信一
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 腎生検にてネフロン癆が疑われた成人症例における臨床・病理 所見と遺伝的背景の関係 (2020)
  • Author(s): 藤丸拓也, 蘇原映誠, 森崇寧, 萬代新太郎, 千賀宗子, 菊池寛昭, 安藤史顕, 森雄太郎, 岡戸丈和, 頼建光, 川西邦夫, 内田信一
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] PKA活性化薬は高脂肪食負荷マウスにおいて熱産生を亢進し体重増加を抑制する (2020)
  • Author(s): 藤木珠美, 安藤史顕, 萬代新太郎, 磯部清志, 須佐紘一郎, 森崇寧, 蘇原映誠, 頼建光, 内田信一
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] TNFαは腎臓でのWNK1分解を抑制し慢性腎臓病の塩分感受性を亢進させる (2020)
  • Author(s): 古荘泰佑、蘇原映誠、萬代新太郎、菊池寛昭、高橋直宏、藤丸拓也、橋本博子、新井洋平、安藤史顕、銭谷慕子、森崇寧、須佐紘一郎、磯部清志、野村尚弘、岡戸丈和、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第30回バゾプレシン研究会
• [Presentation] AMPK activation bypassing AMP sensing mechanism is a novel therapeutic strategy for chronic kidney disease (2020)
  • Author(s): Kikuchi H, Sohara E, Nomura N, Mori T, Minamishima YA, Takahashi N, Furusho T, Ando F, Isobe K, Susa K, Rai T, Uchida S
  • Organizer: 第8回 Chronic Kidney Disease Frontier Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TNFαは腎臓でのWNK1分解を抑制して塩分感受性を亢進させる (2019)
  • Author(s): 古荘泰佑、蘇原映誠、萬代新太郎、菊池寛昭、新井洋平、安藤史顕、銭谷慕子、森崇寧、須佐絋一郎、磯部清志、野村尚弘、岡戸丈和、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] トルバプタンはPERKのリン酸化を介してNrf2/HO-1を活性化する (2019)
  • Author(s): 藤木珠美、安藤史顕、磯部清志、須佐紘一郎、森崇寧、野村尚弘、蘇原映誠、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] PKA活性化薬の開発と先天性腎性尿崩症治療への応用 (2019)
  • Author(s): 安藤史顕、磯部清志、森崇寧、須佐紘一郎、野村尚弘、蘇原映誠、頼 建光、内田 信一
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] NCX1を介したNCCの脱リン酸化と尿中カリウム排泄機構の解明 (2019)
  • Author(s): 正田若菜、野村尚弘、安藤史顕、田頭秀章、岩本隆宏、太田哲人、磯部清志、森崇寧、須佐紘一郎、蘇原映誠、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 低タンパク食はAMPKのAMP/ATP比感知障害改善を介して腎保護効果を発揮する (2019)
  • Author(s): 菊池寛昭、蘇原映誠、野村尚弘、森崇寧、頼建光、内田信一
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] ω3系脂肪酸合成酵素fat-1 トランスジェニックマウスは薬剤性CKDモデルに抵抗性である (2019)
  • Author(s): 高橋直宏、菊池寛昭、有田誠、古荘泰佑、安藤史顕、磯部清志、須佐紘一郎、森崇寧、野村尚弘、頼建光、内田信一、蘇原映誠
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 骨折部位と死亡率の関連は透析患者と一般集団で異なる (2019)
  • Author(s): 萬代新太郎、佐藤英彦、飯盛聡一郎、内藤省太郎、田中春奈、安藤史顕、須佐紘一郎、磯部清志、森崇寧、野村尚弘、蘇原映誠、岡戸丈和、内田信一、伏見清秀、頼建光
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Derivatives of FMP-API-1/27 Robustly Activate AQP2 Water Channels Independently of Vasopressin (2019)
  • Author(s): Ando F, Yui N, Mandai S, Isobe K, Mori T, Susa K, Nomura N, Sohara E, Rai T, Uchida S.
  • Organizer: American Society of Nephrology Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 12/15-Lipoxygenase Knockout Mice Exhibit a Resistance to Kidney Damage in CKD (2019)
  • Author(s): Takahashi N, Kikuchi H, Arita M, Ando F, Mandai S, Isobe K, Susa K, Mori T, Nomura N, Rai T, Uchida S, Sohara E.
  • Organizer: American Society of Nephrology Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tolvaptan and Bardoxolone Methyl Synergistically Activate the Nrf2/HO-1 Pathway (2019)
  • Author(s): Fujiki T, Ando F, Mandai S, Isobe K, Susa K, Mori T, Nomura N, Sohara E, Rai T, Uchida S.
  • Organizer: American Society of Nephrology Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Renal TNFα Activates WNK Phosphorylation Cascade and Contributes to Salt-Sensitive Hypertension in CKD (2019)
  • Author(s): Furusho T, Mandai S, Kikuchi H, Takahashi N, Fujimaru T, Hashimoto H, Arai Y, Ando F, Mori T, Susa K, Isobe K, Nomura N, Okado T, Rai T, Yamamoto K, Uchida S, Sohara E.
  • Organizer: American Society of Nephrology Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tacrolimus Improved Symptoms of Type 4 Bartter Syndrome Model Mice (2019)
  • Author(s): Matsuura Y, Nomura N, Shoda W, Sohara E, Rai Tatemitsu, Uchida S.
  • Organizer: American Society of Nephrology Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research