Omics approach for discovery of novel exosome biomarkers of heart failure

• Project/Area Number: 19K17583
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53020:Cardiology-related
• Research Institution: Fukuoka University (2020); National Cardiovascular Center Research Institute (2019)
• Principal Investigator: Nishigori Mitsuhiro 福岡大学, 理学部, 助教 (00633645)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: エクソソーム / 心不全 / バイオマーカー / ミトコンドリア / オミックス解析 / エクソーム

Outline of Research at the Start

本研究では、組織や血液中に含まれ、タンパク質やRNAを内包する細胞外小胞（エクソソーム）を対象として、心不全の重症度や予後予測などを可能とする新規バイオマーカーの探索を行う。まず心不全マウスの心筋組織と血液から回収したエクソソームのプロテオーム解析、トランスクリプトーム解析を行い、心不全の進行に従って変動するタンパク質・遺伝子をマーカー候補分子として見出す。これらを含むエクソソームが本当に心臓から分泌されるかを検証し、有望なエクソソームのマーカー分子については、心不全患者血液での測定を行い、心機能や予後との関連を検証する。

Outline of Final Research Achievements

Since the number of patients with chronic heart failure is increasing in Japan, novel biomarkers useful for rapidly and accurate severity assessment and prognosis prediction are needed. In this study, we attempt to search for the biomarkers from proteins and RNAs which are included in exosomes released from cardiomyocytes. For this purpose, we established the protocols for exosome purification and sequential proteomic and transcriptomic analyses. In addition, we focused on the mitochondrial dynamics and disfunction in heart failure, and investigated the relationship between intracellular stress and mitochondrial abnormalities. As a result, it was suggested that the promotion of apoptosis by increasing oxidative stress might cause the myocardial damage.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において、心筋から放出されるエクソソーム中に含まれるタンパク質が見出された。今後、これらの心不全における経時的な変動や心筋における機能の詳細が明らかとなれば、心不全の新規診断マーカーとして利用できる可能性が高い。また、本研究により確立したエクソソームの精製法ならびにオミックス解析方法は、心不全だけでなく他の疾患における新規バイオマーカー探索に広く活用できることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Discovery of novel biomarkers for atherosclerotic aortic aneurysm through proteomics-based assessment of disease progression (2020)
  • Author(s): Yagi Hiroaki、Nishigori Mitsuhiro、Murakami Yusuke、Osaki Tsukasa、Muto Sayaka、Iba Yutaka、Minatoya Kenji、Ikeda Yoshihiko、Ishibashi-Ueda Hatsue、Morisaki Takayuki、Ogino Hitoshi、Tanaka Hiroshi、Sasaki Hiroaki、Matsuda Hitoshi、Minamino Naoto
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 6429-6429
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63229-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 抗ウイルス自然免疫におけるミトコンドリアの応答ゾーン (2020)
  • Author(s): 錦織充広、小柴琢己
  • Journal Title: 福岡医学雑誌 Volume: 111 Pages: 77-85
  • NAID: 120006890296
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wisteria floribunda agglutinin staining for the quantitative assessment of cardiac fibrogenic activity in a mouse model of dilated cardiomyopathy (2019)
  • Author(s): Nagai-Okatani Chiaki、Nishigori Mitsuhiro、Sato Takashi、Minamino Naoto、Kaji Hiroyuki、Kuno Atsushi
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 99 Issue: 11 Pages: 1749-1765
  • DOI: 10.1038/s41374-019-0279-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lipidomic signatures of aortic media from patients with atherosclerotic and nonatherosclerotic aneurysms (2019)
  • Author(s): Saito Kosuke、Yagi Hiroaki、Maekawa Keiko、Nishigori Mitsuhiro、Ishikawa Masaki、Muto Sayaka、Osaki Tsukasa、Iba Yutaka、Minatoya Kenji、Ikeda Yoshihiko、Ishibashi-Ueda Hatsue、Ogino Hitoshi、Sasaki Hiroaki、Matsuda Hitoshi、Saito Yoshiro、Minamino Naoto
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-019-51885-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Receptor-binding affinities of bisphenol A and its next-generation analogs for human nuclear receptors. (2019)
  • Author(s): X. Liu, H. Sakai, M. Nishigori, K. Suyama, T. Nawaji, S. Ikeda, M. Nishigouchi, H. Okada, A. Matsushima, T. Nose, M. Shimohigashi, Y. Shimohigashi
  • Journal Title: Toxicology and applied pharmacology Volume: 377 Pages: 114610-114610
  • DOI: 10.1016/j.taap.2019.114610
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 確率モデルに基づく質量分析におけるマススペクトルの解析 (2019)
  • Author(s): 橘 勇人, 高橋 篤, 錦織充広, 大星直樹
  • Organizer: 第18回情報科学技術フォーラム
• [Presentation] 新世代ビスフェノールのヒト核内受容体に対するリスク評価 (2019)
  • Author(s): 劉 暁輝, 酒井大樹, 錦織充広, 巣山慶太郎, 縄司 奨, 池田 伸, 西垣内 誠, 岡田浩幸, 松島綾美, 野瀬 健, 下東美樹, 下東康幸
  • Organizer: 2019年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] Identification of Wisteria Floribunda Agglutinin as a Specific Lectin for Detection of Cardiac Fibrosis in a Dilated Cardiomyopathy Mouse Model Using Lectin Microarray-based Glycomic Analysis. (2019)
  • Author(s): 岡谷千晶, 錦織充広, 佐藤 隆, 南野直人, 梶 裕之, 久野 敦
  • Organizer: 第83回日本循環器病学会学術総会
• [Presentation] Proteome information-based disease staging pave the way to discover new biomarkers for evaluating development and progression of aortic aneurysm. (2019)
  • Author(s): 南野直人, 八木寛陽, 錦織充広, 村上裕輔, 武藤清佳, 池田善彦, 植田初江, 森崎隆幸, 伊庭 裕, 佐々木啓明, 湊谷謙司, 松田 均
  • Organizer: 第83回日本循環器病学会学術総会
• [Presentation] 心筋線維化の定量的評価法のための新規糖鎖マーカー開発に向けた、拡張型心筋症モデルマウス心臓のグライコーム、グライコプロテオーム解析 (2019)
  • Author(s): 岡谷千晶 , 錦織充広, 佐藤 隆, 南野直人, 梶 裕之 , 久野 敦
  • Organizer: 日本プロテオーム学会 2019年大会
• [Presentation] Glycomic and Glycoproteomic Approaches for Development of Novel Glyco-Biomarkers of Cardiac Fibrogenesis Using a Mouse Model of Dilated Cardiomyopathy (2019)
  • Author(s): 岡谷千晶 , 錦織充広, 佐藤 隆, 南野直人, 梶 裕之 , 久野 敦
  • Organizer: 第18回ヒトプロテオーム機構国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新世代ビスフェノールのヒト核内受容体に対する結合親和性評価(Binding affinity evaluation of next generation bisphenol for human nuclear receptors) (2019)
  • Author(s): 劉暁輝，酒井大樹，錦織充広，巣山慶太郎，縄司奨，池田伸，西垣内誠，岡田浩幸，松島綾美，野瀬健，下東美樹，下東康幸
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 新世代ビスフェノールのヒト核内受容体21種に対する結合親和性評価 (2019)
  • Author(s): 劉 暁輝, 酒井大樹, 錦織充広, 巣山慶太郎, 縄司 奨, 池田 伸, 西垣内 誠, 岡田浩幸, 松島綾美, 野瀬 健, 下東美樹, 下東康幸
  • Organizer: 第22回環境ホルモン学会 研究発表会