Whole-kidney three-dimensional analysis for clarifying the pathophysiology of kidney diseases

• Project/Area Number: 19J11928
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 53040:Nephrology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 長谷川 頌 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(PD) (30892658)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 急性腎障害 / 糖尿病腎症 / 交感神経 / 免疫 / 敗血症 / エネルギー代謝 / 組織透明化 / マクロファージ / 臓器透明化 / 虚血再灌流 / 低酸素誘導因子

Outline of Research at the Start

腎臓病が進行するメカニズムには未解明の点が多く、その原因の一つとして腎臓の構造や機能を立体的・包括的に把握する手段がないことが挙げられる。腎臓には糸球体・尿細管・血管・末梢神経など様々な構造が存在するが、これまでの実験手法は組織の断面の観察にとどまっており、障害による腎臓の構造や機能の変化を3次元で包括的に捉えることができなかった。
本研究では、臓器透明化手法とライトシート顕微鏡による光学的な連続切片イメージングによって臓器の立体構造を保ったまま3次元イメージングを行うことで、障害による腎臓の構造や機能の破綻を可視化し、腎臓病進行メカニズムの解明につなげることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では臓器透明化を用いた腎臓の3次元病態解析を確立し、それを応用することで「急性腎障害後の腎交感神経障害 (Kidney Int, 2019)」および「糖尿病腎症における腎エネルギー代謝変化 (Kidney Int, 2020)」など様々な腎臓病の病態を明らかにしてきた。
この3次元イメージングをマウス脾臓にも応用し、交感神経の3次元構造を可視化したところ、腎臓だけでなく脾臓の内部にも交感神経が密に分布していたことから、交感神経と免疫系は脾臓で密接にクロストークしていると考えられた。そこで、2020年度は交感神経－免疫系－腎臓病の関係について検討した。まずin vitroの系で交感神経刺激によるマクロファージの炎症応答抑制にT-cell immunoglobulin and mucin domain 3 (Tim3) が重要な役割を果たすことを明らかにした。さらに、in vivoにおいてもサルブタモール (β2アドレナリン受容体刺激薬) の投与は敗血症モデルにおける全身炎症や虚血再灌流による腎局所の炎症を軽減することが分かった。一方、脾臓摘出したマウスやマクロファージ特異的β2アドレナリン受容体ノックアウトマウスではサルブタモールの前投与による腎虚血再灌流障害からの保護作用が観察されなかった。さらにマウス脾臓からマクロファージを採取してサルブタモール刺激を与えた後に別のマウスに移入したところ、腎虚血再灌流障害に対する保護作用が観察され、腎組織のシングルセルRNA-seqではTim3陽性マクロファージの集積を伴っていた。これらの結果から、腎虚血再灌流障害の病態においてマクロファージの交感神経シグナルが重要な役割を果たすことを証明することができ、論文として報告した (Journal of the American Society of Nephrology, 2021)。

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

• [Int'l Joint Research] Mahidol University(タイ)
• [Journal Article] Activation of Sympathetic Signaling in Macrophages Blocks Systemic Inflammation and Protects against Renal Ischemia-Reperfusion Injury (2021)
  • Author(s): Hasegawa S, Inoue T, Nakamura Y, Fukaya D, Uni R, Wu CH, Fujii R, Peerapanyasut W, Taguchi A, Kohro T, Yamada S, Katagiri M, Ko T, Nomura S, Nakanishi Ozeki A, Susaki EA, Ueda HR, Akimitsu N, Wada Y, Komuro I, Nangaku M, Inagi R.
  • Journal Title: J Am Soc Nephrol. Volume: - Issue: 7 Pages: 1599-1615
  • DOI: 10.1681/asn.2020121723
  • NAID: 120007174517
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 組織透明化による3次元イメージングを用いた腎臓病の病態解析 (2021)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Journal Title: 腎臓内科 Volume: 13 Pages: 470-475
• [Journal Article] Tissue clearing-based three-dimensional analysis of kidney disease pathophysiology (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌、洲崎 悦生、上田 泰己、南学 正臣
  • Journal Title: 生化学 Volume: 92 Issue: 6 Pages: 838-843
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920838
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2020-12-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organelle Stress and Crosstalk in Kidney Disease (2020)
  • Author(s): Hasegawa Sho、Inagi Reiko
  • Journal Title: Kidney360 Volume: 1 Issue: 10 Pages: 1157-1164
  • DOI: 10.34067/kid.0002442020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ことば（組織透明化技術） (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Journal Title: 生化学 Volume: 92 Pages: 860-860
• [Journal Article] 【あたらしい臓器連関】神経・免疫を介した腎疾患制御 (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌、井上 剛
  • Journal Title: 細胞 Volume: 52 Pages: 365-368
• [Journal Article] 腎臓イメージング（特集：腎臓学この1年の進歩） (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌、田中 哲洋
  • Journal Title: 日本腎臓学会誌 Volume: 62 Pages: 12-19
• [Journal Article] 腎臓を透明化すると見えてきたもの－臓器透明化（CUBIC）を用いた腎臓全体の交感神経系の3次元構造の可視化－ (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Journal Title: 糖尿病・内分泌代謝科 Volume: 50 Pages: 211-217
  • NAID: 40022183483
• [Journal Article] The oral hypoxia-inducible factor prolyl hydroxylase inhibitor enarodustat counteracts alterations in renal energy metabolism in the early stages of diabetic kidney disease (2019)
  • Author(s): Hasegawa Sho、Tanaka Tetsuhiro、Saito Tomoyuki、Fukui Kenji、Wakashima Takeshi、Susaki Etsuo A.、Ueda Hiroki R.、Nangaku Masaomi
  • Journal Title: Kidney International Volume: in press Issue: 5 Pages: 934-950
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.12.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuroimmune interactions and kidney disease. (2019)
  • Author(s): Hasegawa S, Inoue T, Inagi R.
  • Journal Title: Kidney Res Clin Pract. Volume: 38 Issue: 3 Pages: 282-294
  • DOI: 10.23876/j.krcp.19.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive three-dimensional analysis (CUBIC-kidney) visualizes abnormal renal sympathetic nerves after ischemia/reperfusion injury. (2019)
  • Author(s): Hasegawa S, Susaki EA, Tanaka T, Komaba H, Wada T, Fukagawa M, Ueda HR, Nangaku M
  • Journal Title: Kidney international Volume: AOP Issue: 1 Pages: 129-138
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.02.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Activation of sympathetic signaling in macrophages blocks systemic inflammation and protects the kidney from ischemia/reperfusion injury (2021)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tsuyoshi Inoue, Masaomi Nangaku, Reiko Inagi
  • Organizer: 第24回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
• [Presentation] Sympathetic Signaling in Macrophages Mitigates Systemic Inflammatory Response and Renal Ischemia-Reperfusion Injury (2020)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tsuyoshi Inoue, Masaomi Nangaku, Reiko Inagi
  • Organizer: American Society of Nephrology (ASN) Kidney Week 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hypoxia-inducible Factor (HIF) Stabilization Counteracts the Renal Energy Metabolism Alterations in the Early Stages of Diabetic Kidney Disease (2020)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tetsuhiro Tanaka, Tomoyuki Saito, Kenji Fukui, Takeshi Wakashima, Masaomi Nangaku
  • Organizer: The 18th Asian Pacific Congress of Nephrology (APCN 2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 腎臓透明化による3Dイメージングを用いた病態解析 (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Organizer: 第50回日本腎臓学会東部学術大会 シンポジウム7（イメージングで視る腎臓の再生）
  • Invited
• [Presentation] 糖尿病性腎臓病における腎臓内代謝変動に対する治療介入の可能性 (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会 シンポジウム1S05a（グリケーションが心身健康発達に与える影響とその分子メカニズム）
  • Invited
• [Presentation] HIF安定化薬は糖尿病によって生じる腎エネルギー代謝変化を軽減する (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌, 田中 哲洋, 斉藤 友幸, 福井 健人, 若島 健志, 南学 正臣
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] マクロファージの交感神経シグナル活性化は全身の炎症応答・急性腎障害を軽減する (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌, 井上 剛, 南学 正臣, 稲城 玲子
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 低酸素誘導因子 (HIF) の活性化は糖尿病で生じる腎エネルギー代謝異常に拮抗する (2020)
  • Author(s): 長谷川 頌, 田中 哲洋, 斉藤 友幸, 福井 健人, 若島 健志, 南学 正臣
  • Organizer: 第63回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Hypoxia inducible factor-prolyl hydroxylase (HIF-PH) inhibition counteracts the renal energy metabolism alterations in the early stages of diabetic kidney disease (2020)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tetsuhiro Tanaka, Tomoyuki Saito, Kenji Fukui, Takeshi Wakashima, Masaomi Nangaku
  • Organizer: The 57th European Renal Association-European Dialysis and Transplant Association (ERA-EDTA) Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 臓器透明化を用いた全腎臓3次元解析による腎臓病の病態解明 (2019)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Organizer: 第23回日本心血管内分泌代謝学会学術総会・シンポジウム5
  • Invited
• [Presentation] マクロな視点から捉える腎臓病学 (2019)
  • Author(s): 長谷川 頌
  • Organizer: 第23回日本心血管内分泌代謝学会学術総会・シンポジウム3
  • Invited
• [Presentation] Enarodustat, Hypoxia-inducible factor stabilizer, counteracts the diabetic renal energy metabolism alterations occurring in the early stages of diabetic kidney disease. (2019)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tetsuhiro Tanaka, Tomoyuki Saito, Kenji Fukui, Takeshi Wakashima and Masaomi Nangaku
  • Organizer: American Society of Nephrology (ASN) Kidney Week 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comprehensive three-dimensional analysis (CUBIC-kidney) reveals abnormal renal sympathetic nerves after ischemia-reperfusion injury. (2019)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tetsuhiro Tanaka, Etsuo A. Susaki, Hirotaka Komaba, Takehiko Wada, Masafumi Fukagawa, Hiroki R. Ueda, and Masaomi Nangaku
  • Organizer: The 56th European Renal Association－European Dialysis and Transplant Association (ERA-EDTA) Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HIF安定化薬（Enarodustat）は糖尿病腎症で生じた腎皮質におけるエネルギー代謝の変化を軽減する (2019)
  • Author(s): 長谷川 頌、田中 哲洋、斉藤 友幸、福井 健人、若島 健志、南学 正臣
  • Organizer: 第23回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
• [Presentation] Whole-kidney three-dimensional analysis (CUBIC-kidney) reveals sympathetic nervous denervation after ischemia-reperfusion injury. (2019)
  • Author(s): Sho Hasegawa, Tetsuhiro Tanaka, Etsuo A. Susaki, Hirotaka Komaba, Takehiko Wada, Masafumi Fukagawa, Hiroki R. Ueda, and Masaomi Nangaku
  • Organizer: 第62回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 臓器透明化を用いた全腎臓3次元解析 (CUBIC-kidney) による腎交感神経障害の可視化 (2019)
  • Author(s): 長谷川 頌, 田中 哲洋, 洲崎 悦生, 駒場 大峰, 和田 健彦, 深川 雅史, 上田 泰己, 南学 正臣
  • Organizer: 第56回日本臨床分子医学会学術総会
• [Remarks] 臓器透明化（CUBIC）を用いて腎臓全体の交感神経系の 3 次元構造を可視化し、その機能障害を解析
  • URL: https://www.h.u-tokyo.ac.jp/press/__icsFiles/afieldfile/2019/07/03/release_20190409.pdf