Cell to cell interaction leading to metabolic interference trigger the aggravated degeneration of human corneal endothelial cells

Research Project

Project/Area Number	20H03844
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 56060:Ophthalmology-related
Research Institution	Kyoto Prefectural University of Medicine
Principal Investigator	Kinoshita Shigeru 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (30116024)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	上野盛夫京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40426531) 羽室淳爾京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員教授 (80536095)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000) Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000) Fiscal Year 2020: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Keywords	角膜移植 / 再生医療 / 細胞外小胞体 / マイクロRNA / 細胞競合 / 水泡性角膜症 / 角膜内皮細胞 / 細胞間同調 / 代謝干渉 / エキソソーム / イオンチャンネル / 細胞内pH / ミトコンドリア / 細胞協調 / microRNA / Exosome
Outline of Research at the Start	本課題は独り再生医療や視覚領域のみならず、広く細胞医療・移植医療に大きな意義を有する。同時に、細胞変性の係る加齢性疾患病態の細胞機構を明らかにし革新的創薬概念・技術提供に結び付く。細胞間代謝干渉の概念は細胞干渉の世界でも斬新なもので、そのPOC確立は、細胞の機能特性を仔細に解析してきた培養ヒト角膜内皮細胞(cHCECs)亜集団を駆使することで初めて可能になる。その斬新性と独創性ならびに角膜内皮機能不全患者病態に直結する研究課題の意義は国際的にも高く評価されている。その細胞間干渉がExoに包含されるmiRや代謝産物に担われる可能性への切込みも他細胞領域を含め独創的であり新しい学術領域を拓く。
Outline of Final Research Achievements	The miRs in aueous humors (AqH) were classified into 2 groups: the expression in 1 group was either significantly reduced in neonate-derived tissues or remained almost constant. The miR-34a and -29 families were in the former group, whereas miR-184 and -24-3p in the latter. Secretions of VEGF, IL- 6 and MCP-1 were all repressed in both mature CD44-/dull and degenerated CD44+++human corneal endothelial cells(hCEC), transfected with an miR-184 mimic. The metabolites, 3-hydroxyisobutyric acid (HIB)and 2-aminobutyric acid (AB) were decreased in the AqH of BK patients. The Lasso analysis identified the interplay between miR-34a-5p and HIB and between miR-24-3p and AB. HIB upregulated the cellular miR-34a expression, mitochondrial membrane potential and release of EV miR-184 in de-differentiated cultured hCECs. Metabolites and miRs in AqH may synchronize in ensuring the integrity of the hHCE tissues to maintain efficient dehydration from the stroma.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本課題の達成は広く細胞医療・移植医療に大きな意義を有する。細胞変性の係る加齢性疾患病態の細胞機構を明らかにし革新的創薬概念に結び付く。その斬新性と独創性ならびに角膜内皮機能不全患者病態に直結する意義は高く評価されている。細胞間干渉がEVに包含されるmiRや代謝産物に担われる可能性への切込みも他細胞領域を含め独創的である。新しい学術領域を拓く。角膜移植同様、細胞品質の劣る細胞注入再生医療でも注入後3－5年経過すると角膜内皮細胞密度は次第に低下する。慢性的な角膜内細胞密度の低下がいかなる機構で起こるかについては、本研究により細胞間代謝干渉による細胞変性の増幅と病態増悪の新概念を提唱するに至った。