Proteomics of serum exosome to identify a novel biomarker for bronchial asthma

• Project/Area Number: 20K17180
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53030:Respiratory medicine-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Koba Taro 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (00812942)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 気管支喘息 / エクソソーム / バイオマーカー / プロテオミクス / Galectin-10 / 細胞外小胞 / 喘息

Outline of Research at the Start

種々の細胞が分泌するエンドソーム由来の細胞外小胞エクソソームは、近年様々な生理現象のみならず、癌や心血管疾患など多くの疾患への関与から、新たな細胞・組織間のコミュニケーション手段として脚光を浴びている。申請者は、末梢血由来のエクソソームについて最新プロテオミクスを駆使することで、血清プロテオミクスでは捉えられない膜蛋白を同定し、マウスモデルとヒト共通のCOPD新規バイオマーカーを見出した。そこで、申請者らが創出してきたストラテジーを活用することで、2型炎症の新規BMを同定し、気管支喘息の診断・病勢把握・治療・予後予測に有用な画期的バイオマーカー探索に挑戦する。

Outline of Final Research Achievements

We have identified novel biomarkers related to the pathogenesis of bronchial asthma by comprehensively analyzing exosomes (extracellular vesicles) floating in the blood of bronchial asthma patients, identifying a vast number of proteins (more than 3000 kinds). Additionally, we integrated comprehensive analysis of bronchial asthma patients' lungs. In particular, biomarker molecules such as galectin-10 are not only useful for asthma diagnosis and predicting airflow obstruction but also correlated with etosis (eosinophil cell death), which is closely related to the pathophysiology of asthma. Although blood eosinophil count has been mainly utilized as a biomarker for asthma, galectin-10 in exosomes was suggested to be a novel biomarker superior to eosinophil count.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

気管支喘息は、症状、気道過敏性や気道可逆性により総合的に診断される疾患で、血液検査では血中好酸球やIgE等により、肺内の病態を推測しながら治療法を検討しているものの、肺内の疾患活動性を反映する分子を血液で捉えるには限界があった。我々は、血中の細胞外小胞であるエクソソームに着目し、最新プロテオミクス（蛋白網羅的解析）を駆使することで新たな気管支喘息バイオマーカーの一つとしてガレクチン10を同定した。ガレクチン10を含む新規バイオマーカー分子は、通常、喘息の診断において、ゴールドスタンダードとされる末梢血好酸球数に診断能で優るだけでなく、気流閉塞や粘液栓とも有意な相関を認めた。

Research Products

• [Journal Article] Galectin-10 in serum extracellular vesicles reflects asthma pathophysiology (2024)
  • Author(s): Hanako Yoshimura et al.
  • Journal Title: Journal of Allergy and Clinical Immunology Volume: 153 Issue: 5 Pages: 1268-1281
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2023.12.030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Next-generation proteomics of serum extracellular vesicles combined with single-cell RNA sequencing identifies MACROH2A1 associated with refractory COVID-19 (2022)
  • Author(s): Kawasaki Takahiro、Takeda Yoshito、Edahiro Ryuya、Shiroyama Takayuki、Hirata Haruhiko、Adachi Jun、Okada Yukinori、Kumanogoh Atsushi
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 42 Issue: 1 Pages: 393-393
  • DOI: 10.1186/s41232-022-00243-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CD14 and lipopolysaccharide-binding protein as novel biomarkers for sarcoidosis by proteomics of serum extracellular vesicles. (2022)
  • Author(s): Futami Y, Takeda Y, KobaT, Narumi R, Nojima Y, Ito M, Nakayama M, Ishida M,Yoshimura H, Naito Y, Fukushima K, Takimoto T, Edahiro R, Matsuki T, Nojima S, Hirata H, Koyama S, Iwahori K, Nagatomo I, Shirai Y, Suga Y, Satoh S, Futami S, Miyake K, Shiroyama T, Inoue Y, Adachi J, Tomonaga T, Ueda K, Kumanogoh A.
  • Journal Title: International immunology Volume: - Issue: 6 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1093/intimm/dxac009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Proteomics of serum extracellular vesicles identifies a novel COPD biomarker, fibulin-3 from elastic fibres. (2021)
  • Author(s): Koba, Takeda, Narumi, Shiromizu, Nojima, Ito, Kuroyama, Futami, Takimoto, Matsuki, Edahiro, Nojima, Hayama, Fukushima, Hirata, Koyama, Iwahori, Nagatomo, Suzuki, Shirai, Murakami, Nakanishi, Nakatani, Suga, Miyake, Shiroyama, Kida, Sasaki, Ueda, Mizuguchi, Adachi, Tomonaga, Kumanogoh
  • Journal Title: ERJ open research. Volume: 7(1) Issue: 1 Pages: 00658-2020
  • DOI: 10.1183/23120541.00658-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 血清 exosome のプロテオミクスによる PF-ILD の新規バイオマーカー探索 (2023)
  • Author(s): 榎本貴俊
  • Organizer: 第7回肺トランスレーショナルメディシン 研究会
• [Presentation] エクソソームのプロテオミクスによる線維化性過敏性肺炎の新規バイオマーカー開発 (2023)
  • Author(s): 原 伶奈, 武田 吉人, 足立 淳, 夏目 やよい, 伊藤 眞里, 井上 義一, 広瀬 雅樹, 熊ノ郷 淳
  • Organizer: 第63回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 血清エクソソームのノンターゲット・プロテオミクスによるサルコイドーシスの新規バイオマーカー同定 (2023)
  • Author(s): 網屋沙織、武田吉人、榎本貴俊、白井雄也、白山敬之、三宅浩太郎、平田陽彦、伊藤眞里、夏目やよい、井上義一、熊ノ郷淳
  • Organizer: 第43回日本サルコイドーシス/肉芽腫性疾患学会総会
• [Presentation] エクソソームのプロテオミクスによる線維化性過敏性肺炎の新規バイオマーカー開発 (2023)
  • Author(s): 原 伶奈, 武田 吉人, 足立 淳, 夏目 やよい, 伊藤 眞里, 長谷 拓明, 井上 義一, 広瀬 雅樹, 熊ノ郷 淳
  • Organizer: 日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] 次世代プロテオミクスによる気管支喘息T2炎症の新規BM開発 (2022)
  • Author(s): 吉村華子、武田吉人、足立淳、伊藤眞里、榎本貴俊、原伶奈、白井雄也、三宅浩太郎、白山敬之、平田陽彦、川﨑貴裕、熊ノ郷淳
  • Organizer: 第62回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] エクソソームの次世代プロテオミクスによる気管支喘息T2炎症の新規バイオマーカー同定 (2022)
  • Author(s): 吉村華子、武田吉人、足立淳、伊藤眞里、榎本貴俊、原伶奈、白井雄也、三宅浩太郎、白山敬之、平田陽彦、川﨑貴裕、熊ノ郷淳
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2022年大会
• [Presentation] 次世代プロテオミクスによる気管支喘息T2炎症の新規BM開発 (2022)
  • Author(s): 吉村華子、武田吉人、熊ノ郷淳
  • Organizer: 第71回日本アレルギー学会学術大会
• [Presentation] エクソソームの定量プロテオミクスによる喘息の新規バイオマーカー同定 (2021)
  • Author(s): 吉村華子, 武田吉人, 木庭太郎, 菅泰彦, 福島清春, 白山敬之, 平田陽彦, 小山正平, 長友泉, 岩堀幸太, 伊藤真理, 熊ノ郷淳
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] エクソソームの定量プロテオミクスによる喘息のバイオマーカー同定 (2020)
  • Author(s): 吉村華子
  • Organizer: 日本細胞外小胞学会
• [Presentation] Identification of novel biomarkers for asthma reflecting lung eosinophilia by the non-targeted proteomics of serum exosomes (2020)
  • Author(s): Hanako Yoshimura
  • Organizer: American Thoracic society
  • Int'l Joint Research