Chemical Challenge for Elucidation of the Molecular Mechanism of Lipid Peroxidation-mediated Necrosis

• Project/Area Number: 21H05029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section E
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 袖岡 幹子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, センター長 (60192142)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 正人 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (00294059) ; どど 孝介 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 専任研究員 (20415243)
• Project Period (FY): 2021-07-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥184,080,000 (Direct Cost: ¥141,600,000、Indirect Cost: ¥42,480,000); Fiscal Year 2025: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2024: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2023: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2022: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000); Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
• Keywords: ネクローシス / 脂質過酸化 / フェロトーシス / ネトーシス

Outline of Research at the Start

これまでに、低分子化合物の標的タンパク質の同定や複合体のパートナータンパク質の同定を可能にする独自技術として、コンパクトな蛍光団であるNBDを利用したTurn-ON蛍光アフィニティーラベル化法を開発してきた。本研究では、このNBD法を用いてIM誘導体やNETosis制御化合物の標的タンパク質（複合体）を同定し、脂質過酸化が関与するネクローシスの制御機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでに、酸化ストレスにより誘導されるネクローシス（壊死）様の細胞死を選択的に抑制するIndolylmaleimide（IM）誘導体IM-54を開発し、本ネクローシスに脂質過酸化が関与していることを明らかにするとともに、心虚血再灌流障害モデルにIM誘導体が抑制効果を示すことも見出した。本研究では、IM誘導体を用いて本ネクローシスの制御機構を明らかにする事を目的とする。その際には、我々がこれまで開発してきたコンパクトな蛍光団であるNBDを利用したTurn-ON蛍光アフィニティーラベル化法を用いて、標的タンパク質の同定を進めることを計画する。さらに、脂質過酸化が関与するプログラム細胞死の１つであるNETosisに関してもIM誘導体による抑制が見られる事から、何らかの共有するメカニズムを想定し、独自に開発したNETosis制御化合物を鍵としてその解析を進める。
昨年度よりIM誘導体およびNETosis制御化合物のNBDプローブを中心に、いくつかの標的候補タンパク質の同定と機能解析を進めている。今年度も引き続き、候補タンパク質の機能解析としてノックアウト実験を行った。その結果、いくつかのタンパク質に関して細胞死への影響が見られたことから、その影響がノックアウトによるものであるかを確認すべく、再発現実験を行った。これによりノックアウトと再発現いずれにおいても細胞死への影響が見られるタンパク質を見出すことに成功した。さらにNBDプローブを用いた解析の中で、新たにNBD標識タンパク質近傍のタンパク質を同定する新しい解析手法の開発にも成功した。これを用いてNBDプローブだけでは同定できなかった複合体形成タンパク質の同定も目指す。さらに標的とする細胞死で重要な役割を果たす鉄イオンに関しては様々な化学プローブを駆使し、特定のオルガネラに集積することを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はいくつかの標的候補タンパク質に関して、ノックアウト実験および再発現実験を組み合わせた解析を行い、細胞死に重要なタンパク質を同定することに成功した。さらに標的タンパク質複合体を解析する新しい手法の開発にも成功したことから、これを基盤としてより詳細な解析が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

細胞死に関連することが明らかとなった標的タンパク質に関しては、詳細な機能解析を進め、細胞死誘導にどのように関与しているかを明らかにする。その際には、新しく見出した解析手法を活用することも計画する。また、新たな化学プローブの開発も進め、細胞死メカニズムを多面的に解析することを狙う。

Assessment Rating

Interim Assessment

A: 順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる

Research Products

• [Int'l Joint Research] Garvan Institute of Medical Research/UNSW Sydney/Royal Prince Alfred Hospital(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] University of Oxford/University of Bath(英国)
• [Int'l Joint Research] Universite de Lyon(フランス)
• [Int'l Joint Research] Helmholtz Center for Infection Research/Technische Universitat Braunschweig(ドイツ)
• [Journal Article] Apoptotic cell fragments locally activate tingible body macrophages in the germinal center (2023)
  • Author(s): Grootveld Abigail K.、Kyaw Wunna、Panova Veera、Lau Angelica W.Y.、Ashwin Emily、Seuzaret Guillaume、Dhenni Rama、Bhattacharyya Nayan Deger、Khoo Weng Hua、Biro Mate、Mitra Tanmay、Meyer-Hermann Michael、Bertolino Patrick、Tanaka Masato、et al.
  • Journal Title: Cell Volume: 186 Issue: 6 Pages: 1144-1161.e18
  • DOI: 10.1016/j.cell.2023.02.004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The early neutrophil-committed progenitors aberrantly differentiate into immunoregulatory monocytes during emergency myelopoiesis (2023)
  • Author(s): Ikeda N, Kubota H, Suzuki R, Morita M, Yoshimura A, Osada Y, Kishida K, Kitamura D, Iwata A, Yotsumoto S, Kurotaki D, Nishimura K, Nishiyama A, Tamura T, Kamatani T, Tsunoda T, Murakawa M, Asahina Y, Hayashi Y, Harada H, Harada Y, Yokota A, Hirai H, Seki T, Kuwahara M, Yamashita M, Shichino S, Tanaka M, Asano K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 3 Pages: 112165-112165
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ケミカルバイオロジーを用いた細胞死の解析 (2022)
  • Author(s): どど孝介, 袖岡幹子
  • Journal Title: 医学のあゆみ 「細胞死のすべて―そのメカニズムと，生命現象・疾患との関わり」 Volume: 283 Pages: 540-549
• [Journal Article] ネトーシスの誘導機構とその感染症における役割 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Journal Title: 医学のあゆみ 「細胞死のすべて―そのメカニズムと，生命現象・疾患との関わり」 Volume: 283 Pages: 354-358
• [Journal Article] 新しい単球サブセットによるがん転移促進 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Journal Title: 実験医学増刊 「シン・マクロファージ: あらゆる疾患を制御する機能的多様性」 Volume: 40 Pages: 739-743
• [Journal Article] CD169-positive macrophages enhance abscopal effect of radiofrequency ablation therapy in liver cancer (2022)
  • Author(s): Song Xiaojia、Li Na、Liu Yuan、Wang Zehua、Wang Tixiao、Tan Siyu、Li Chunyang、Qiu Chunhong、Gao Lifen、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Liang Xiaohong、Liu Xinyong、Ma Chunhong
  • Journal Title: Translational Oncology Volume: 15 Issue: 1 Pages: 101306-101306
  • DOI: 10.1016/j.tranon.2021.101306
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CD169+ macrophages in lymph node and spleen critically depend on dual RANK and LTbetaR signaling (2022)
  • Author(s): Camara Abdouramane、Lavanant Alice C.、Abe Jun、Desforges Henri Lee、Alexandre Yannick O.、Girardi Erika、Igamberdieva Zinaida、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Hehlgans Thomas、Pfeffer Klaus、Pfeffer Sebastien、Mueller Scott N.、Stein Jens V.、Mueller Christopher G.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 3
  • DOI: 10.1073/pnas.2108540119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oxidized Phospholipids and Neutrophil Elastase Coordinately Play Critical Roles in NET Formation (2021)
  • Author(s): Tokuhiro Takuto、Ishikawa Akane、Sato Haruka、Takita Shunya、Yoshikawa Ayuri、Anzai Ryoko、Sato Shinichi、Aoyagi Ryohei、Arita Makoto、Shibuya Takumi、Aratani Yasuaki、Shimizu Shigeomi、Tanaka Masato、Yotsumoto Satoshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 9 Pages: 718586-718586
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.718586
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathogenic roles and therapeutic potential of the CCL8-CCR8 axis in a murine model of IgG4-related sialadenitis (2021)
  • Author(s): Honda Fumika、Tsuboi Hiroto、Ono Yuko、Abe Saori、Takahashi Hiroyuki、Ito Kiyoaki、Yamada Kazunori、Kawano Mitsuhiro、Kondo Yuya、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Malissen Marie、Malissen Bernard、Matsumoto Isao、Sumida Takayuki
  • Journal Title: Arthritis Research & Therapy Volume: 23 Issue: 1 Pages: 214-214
  • DOI: 10.1186/s13075-021-02597-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tissue-resident macrophages promote early dissemination of multiple myeloma via IL-6 and TNFα (2021)
  • Author(s): Akhmetzyanova Ilseyar、Aaron Tonya、Galbo Phillip、Tikhonova Anastasia、Dolgalev Igor、Tanaka Masato、Aifantis Iannis、Zheng Deyou、Zang Xingxing、Fooksman David
  • Journal Title: Blood Advances Volume: 5 Issue: 18 Pages: 3592-3608
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2021005327
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 酸化ストレス誘導性ネクローシスの抑制剤開発 (2021)
  • Author(s): どど孝介, 袖岡幹子
  • Journal Title: 細胞 Volume: 53 Pages: 743-746
• [Journal Article] フェロトーシスと創薬 (2021)
  • Author(s): どど孝介
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 76 Pages: 216-220
• [Presentation] 生物活性分子の作用機序解明のための化学的アプローチ (2024)
  • Author(s): 袖岡 幹子
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会・産学連携委員会 令和６年度第一回研究会
  • Invited
• [Presentation] ラマンイメージングを利用した不飽和脂肪酸の作用解析 (2024)
  • Author(s): どど 孝介
  • Organizer: 第66回日本脂質生化学会
  • Invited
• [Presentation] 生物活性分子のイメージングと標的同定のための化学 (2024)
  • Author(s): 袖岡 幹子
  • Organizer: 第３６回万有札幌シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 細胞内タンパク質複合体解析を目的としたturn-ON型近接標識法の開発 (2024)
  • Author(s): 狩谷拓実、佐藤伸一、中根啓太、袖岡幹子、どど孝介
  • Organizer: 日本薬学会第１４５年会
• [Presentation] Chemical Methods for Imaging and Target Identification (2024)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 2024 International Organic and Bioorganic Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Necrosis Associated with Lipid Peroxidation (2023)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 日豪CELL DEATH Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Immunoregulatory monocytes in tissue injury (2023)
  • Author(s): Masato Tanaka
  • Organizer: 日豪CELL DEATH Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of Chemical Methods for Imaging and Target Identification (2023)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 5th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-15)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Turn-ON Fluorescent Affinity Labeling (2023)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: IUPAC/13th International Symposium on Bioorganic Chemistry (ISBOC-13)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 酸化ストレスにより誘導されるネクローシスへの化学的アプローチ (2023)
  • Author(s): 袖岡 幹子
  • Organizer: 第６６回日本腎臓学会総会
  • Invited
• [Presentation] 生物活性分子のイメージングと標的同定のための化学 (2023)
  • Author(s): 袖岡 幹子
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第１７回年会
  • Invited
• [Presentation] 重水素を用いた低分子化合物の生細胞ラマンイメージングの新展開 (2022)
  • Author(s): 江越脩祐、どど孝介，大金賢司，袖岡幹子
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第16回年会
• [Presentation] 酸化リン脂質による好中球細胞死の誘導 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Organizer: 第64回日本脂質生化学会
  • Invited
• [Presentation] Chemistry for Imaging and Target Identification of Bioactive Small Molecules (2022)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 22nd Tetrahedron Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 重水素を利用したγ-リノレン酸の作用機序解析と新規ラマンタグへの展開 (2022)
  • Author(s): どど孝介, 江越脩祐, 佐藤綾人, 田村結城, 大金賢司, 藤原広一, 大沼可奈, 中尾周平, 寺山直樹, 袖岡幹子
  • Organizer: 第39回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] Chemistry for Imaging and Target Identification of Bioactive Small Molecules (2022)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 22nd Tateshina Conference,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chemical Probe -Innovative Chemical Tools for Cell Analysis (2022)
  • Author(s): Kosuke Dodo
  • Organizer: 2022 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Application of Deuterium for Mechanistic Study of γ-Linolenic Acid and Development of Novel Raman Tags (2022)
  • Author(s): Kosuke Dodo, Syusuke Egoshi, Ayato Sato, Yuki Tamura, Kenji Ohgane, Koichi Fujiwara, Kana Oonuma, Shuhei Nakao, Naoki Terayama, Mikiko Sodeoka
  • Organizer: International Chemical Biology Society (ICBS) 11th Annual Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化ストレスによるネクローシスを制御する化合物の開発：フェロトーシス研究への展開 (2022)
  • Author(s): どど孝介
  • Organizer: 日本薬学会第142年会
  • Invited
• [Presentation] 細胞死制御鍵化合物 (2022)
  • Author(s): 袖岡幹子
  • Organizer: 日本化学会第102春期年会
• [Presentation] 酸化ストレス誘導性ネクローシスを制御する化合物の開発：フェロトーシスとの関連性 (2021)
  • Author(s): どど孝介
  • Organizer: 第29回日本Cell Death学会
  • Invited
• [Presentation] Chemical Approach for Lipid Peroxidation-mediated Cell Death (2021)
  • Author(s): Kosuke Dodo
  • Organizer: Seminar Series Liaison, Australasian Cell Death Society
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 酸化ストレスにより誘導されるネクローシスへの化学的アプローチ (2021)
  • Author(s): 袖岡幹子
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited
• [Book] 実験医学別冊 もっとよくわかる！シリーズ 「もっとよくわかる！細胞死」p115-123, 多様な「制御された細胞死」のメカニズムを理解し疾患への関与を紐解 (2024)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Total Pages: 261
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758122146
• [Book] CSJカレントレビュー 「生体分子環境の化学」p18-21, 分子夾雑の生物有機化学 (2023)
  • Author(s): どど孝介, 袖岡幹子
  • Total Pages: 173
  • Publisher: 医歯薬出版
  • ISBN: 9784759814057