FRET imaging of regulated necrosis in mouse sepsis model

• Project/Area Number: 20K05238
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: Murai Shin 東邦大学, 医学部, 助教 (90287540)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 裕康 東邦大学, 医学部, 教授 (70276476)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ネクロプトーシス / FRETイメージング / RIPK3 / 敗血症 / 急性腎疾患 / FRET / in vivoイメージング / 計画的ネクローシス / FRETバイオセンサー / 生体イメージング

Outline of Research at the Start

(1) マウス敗血症モデルにおけるHMGB1放出と炎症反応のタイムラプスイメージングを行うことにより、計画的ネクローシスに付随して放出されるHMGB1を介する二次的細胞死の誘導について明らかにする。
(2) 計画的ネクローシスのFRETバイオセンサーを発現するトランスジェニックマウスの回腸のin vivoでの計画的ネクローシスのタイムラプスイメージングの結果から、敗血症における計画的ネクローシスの組織内での三次元的な分布とその時間的変化について明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We generated transgenic mice systemically expressing a FRET biosensor that can monitor the induction of regulated necrosis (RN) in living cells in order to determine where and when RN is induced in the pathological tissue. As a result of in vivo FRET imaging in mouse models for human diseases using the transgenic mouse, the new findings were obtained regarding the mechanism by which RN exacerbates the pathological condition as followed.
1) RN was induced in jejunal crypt epithelial cells in a mouse sepsis model by excess TNF, suggesting that this causes tissue damage with loss of intestinal epithelial cells.
2) In an acute kidney injury model, from the results that RN was induced in renal tubular epithelial cells after the proximal tubular occlusion by cisplatin administration, it was suggested that the cause of renal tubular damage was the induction of RN in renal tubular epithelial cells triggered by tubular occlusion.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では虚血性疾患や炎症性疾患において計画的ネクローシス（RN）誘導による病態増悪のメカニズムを継時的に解析するためのトランスジェニックマウスを作製した。マウス病態モデルにおいてRN誘導部位の特定と組織障害までを継時的にモニターすることに国内外を通じて初めて成功した。作製したトランスジェニックマウスはバイオリソースとして高い独自性を有しており、さまざまな病態モデルに利用することで疾患の原因となるRNを時空間的に解析するという新規性の高い研究を創造できる。

Research Products

• [Journal Article] The transcription factor ATF3 switches cell death from apoptosis to necroptosis in hepatic steatosis in male mice (2023)
  • Author(s): Inaba Yuka、Hashiuchi Emi、Watanabe Hitoshi、Kimura Kumi、Oshima Yu、Tsuchiya Kohsuke et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 167-167
  • DOI: 10.1038/s41467-023-35804-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of transgenic mice expressing a FRET biosensor, SMART, that responds to necroptosis (2022)
  • Author(s): Murai Shin、Takakura Kanako、Sumiyama Kenta、Moriwaki Kenta、Terai Kenta、Komazawa-Sakon Sachiko、Seki Takao、Yamaguchi Yoshifumi、Mikami Tetuo、Araki Kimi、Ohmuraya Masaki、Matsuda Michiyuki、Nakano Hiroyasu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1331-1331
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04300-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of the release of damage-associated molecular patterns from necroptotic cells (2022)
  • Author(s): Nakano Hiroyasu、Murai Shin、Moriwaki Kenta
  • Journal Title: Biochemical Journal Volume: 479 Issue: 5 Pages: 677-685
  • DOI: 10.1042/bcj20210604
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-Lapse Imaging of Necroptosis and DAMP Release at Single-Cell Resolution (2021)
  • Author(s): Murai Shin、Shirasaki Yoshitaka、Nakano Hiroyasu
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2274 Pages: 353-363
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1258-3_29
  • ISBN: 9781071612576, 9781071612583
• [Journal Article] MIND bomb 2 prevents RIPK1 kinase activity-dependent and -independent apoptosis through ubiquitylation of cFLIPL (2021)
  • Author(s): Nakabayashi Osamu、Takahashi Hirotaka、Moriwaki Kenta、Komazawa-Sakon Sachiko、Ohtake Fumiaki、Murai Shin、Tsuchiya Yuichi、Koyahara Yuki、Saeki Yasushi、Yoshida Yukiko、Yamazaki Soh、Tokunaga Fuminori、Sawasaki Tatsuya、Nakano Hiroyasu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 80-80
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01603-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of the hallmarks of necroptosis and ferroptosis by transmission electron microscopy (2020)
  • Author(s): Miyake Sanae、Murai Shin、Kakuta Soichiro、Uchiyama Yasuo、Nakano Hiroyasu
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: - Issue: 3 Pages: 839-844
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.04.127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] MLKL mediates age-related attrition of hematopoietic stem cells and ineffective hematopoiesis in myelodysplastic syndrome (2022)
  • Author(s): Yuta Yamada, Masayuki Yamashita, Jinjing Yang, Shin Murai, Kenta Sumiyama Hiroyasu Nakano, Atsushi Iwama
  • Organizer: 64th ASH Annual Meeting and Exposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SMART Tgマウスを用いたネクロプトーシスのin vivoイメージングとDAMPs放出メカニズムの解析 (2022)
  • Author(s): 村井晋
  • Organizer: 第 3 回 細胞死コロキウム
• [Presentation] SMART Tg マウスを用いた急性腎障害によるネクロプトーシスの in vivo FRET 解析 (2022)
  • Author(s): 村井 晋、隅山 健太、森脇 健太、高倉 加奈子、山口良文、駒澤 幸子、寺井 健太、松田 道行、中野 裕康
  • Organizer: 第30回日本Cell Death学会学術集会
• [Presentation] SMART Tgマウス由来細胞を用いたネクロプトーシスのライブセルイメージング (2021)
  • Author(s): 村井晋, 隅山健太, 森脇健太, 高倉加奈子, 山口良文, 駒澤幸子, 寺井健太, 三浦正幸, 松田道行, 中野裕康
  • Organizer: 第29回日本Cell Death学会学術集会
• [Presentation] cFLIPのユビキチン化による新たなアポトーシス抑制機構の解析 (2020)
  • Author(s): 中林修, 高橋宏隆, 村井晋, 大竹史明, 駒澤幸子, 土屋勇一, 佐伯泰, 吉田雪子, 山崎創, 徳永文稔, 森脇健太, 澤崎達也, 中野裕康
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Remarks] Toho university scientists find new mechanism
  • URL: https://www.eurekalert.org/news-releases/895315