Mitochondria-mediated blood flow mechanosensing in endothelial cells
| Project/Area Number |
21H03791
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山本 希美子 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (00323618)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 譲二 獨協医科大学, 医学部, 特任教授 (20159528)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 血管内皮細胞 / せん断応力 / ミトコンドリア / ATP / メカノバイオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
細胞や組織が環境に由来する力学刺激を感知して反応する事は、その機能や生存に極めて重要であるが、力学刺激を感知する仕組みは十分解明されていない。本研究では、血管内皮細胞が血流に起因する剪断応力を感知して情報伝達する新しい分子機構として、ミトコンドリアの活性化に焦点を当てた解析を行う。内皮細胞に剪断応力が作用すると、細胞外へATPが放出し、P2X4受容体を活性化することでカルシウムシグナリングが起こる。最近、剪断応力がミトコンドリアでATPを即座に産生し、細胞外へのATP放出が亢進する事を発見した。そこで、細胞膜に作用する剪断応力が細胞内小器官のミトコンドリアを活性化する分子機構の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は研究計画に沿い、以下の項目について新たな結果を得た。
1)細胞形質膜の物理的な性質を示す脂質分子の配向性(lipid order)を環境感受性の蛍光色素であるLaurdanと二光子レーザー顕微鏡を用いて観察した。独自に開発した層流と乱流を細胞に作用させることのできる流れ負荷装置を用いて、培養ヒト大動脈内皮細胞（HAEC）に層流を作用すると、形質膜のlipid orderは減少した一方で、乱流を作用すると、形質膜のlipid orderは増大した。形質膜に含まれるコレステロールの含量を変化させると、これらの変化が抑制されたことから、流れに伴う形質膜の物理的な性質の変化がコレステロール含量に依存する事が示唆された。
2)ミトコンドリアの膜のlipid orderを計測することを目的に、蛍光色素(Mito Nile Red)をHAECに導入した。Mito Nile Redがミトコンドリアの特異的マーカーであるMitoTrackerと共局在することが共焦点レーザー顕微鏡観察から確認され、ミトコンドリアの膜にMito Nile Redをデリバリーできることが明らかになった。HAECに層流を作用すると、Mito Nile Redでラベルしたミトコンドリア膜のlipid orderは減少し、乱流を作用すると、ミトコンドリア膜のlipid orderは増大した。これらの結果は、形質膜に作用した力学的な刺激がミトコンドリアの膜にも影響することを意味する。
3)形質膜にコレステロールを負荷すると、形質膜とミトコンドリア膜のlipid orderは共に増大し、形質膜のコレステロールを除去する作用のあるMβCDで処理すると、形質膜とミトコンドリア膜のlipid orderは共に減少した。以上の結果から、形質膜の物理的な性質の変化が、ミトコンドリア膜の物理的な性質に影響を及ぼしていると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画調書に記載した研究実施計画の検討項目を実行し、順調に結果を得ることができている為。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミトコンドリアを介した内皮細胞の血流メカノセンシング機構と細胞応答を解明する為に以下の研究を推進する。
1）ミトコンドリア膜電位と酸素消費量の測定：培養ヒト内皮細胞にミトコンドリア膜電位と酸素消費量の測定のそれぞれの蛍光プローブであるJC-1とMitoXpress Intraを導入し、力学的刺激下での蛍光強度の変化をリアルタイムイメージングする事により計測する。また、活性酸素種(ROS)を蛍光指示薬Cell ROXとH2-DCFを用いて解析する。
2）ATP産生に伴うCa2+シグナリングの解析：ミトコンドリアATPプローブを発現した培養内皮細胞にCa2+指示薬のIndo-1を負荷する。せん断応力と伸展張力を加えた時のATP産生とATP放出、Ca2+シグナリングを同時にイメージングする事により、Ca2+シグナリングの発火点とミトコンドリアでのATP産生との相関を明らかにし、メカノトランスダクション機構に果たすミトコンドリアの役割について解析を加える。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
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[Journal Article] The ATP-hydrolyzing ectoenzyme E-NTPD8 attenuates colitis through modulation of P2X4 receptor-dependent metabolism in myeloid cells.2021
Author(s)
Tani H, Li B, Kusu T, Okumura R, Nishimura J, Okuzaki D, Motooka D, Arakawa S, Yoshihara T, Ogino T, Tsai SH, Furuta Y, Muneta M, Nakamura S, Fukusaki E, Yamamoto K, Yagita H, Kayama H and Takeda K
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Journal Title
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
Volume: 118
Issue: 39
Pages: 1-10
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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