Crosstalk between interstitial cells of Cajal and gut microbiota

• Project/Area Number: 21K15001
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 42030:Animal life science-related
• Research Institution: Azabu University
• Principal Investigator: 梶 典幸 麻布大学, 獣医学部, 講師 (20779318)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: カハール間質細胞 / 腸内細菌 / 消化管 / カハール介在細胞 / 消化管運動 / セロトニン

Outline of Research at the Start

カハール介在細胞（ICC）は消化管運動のペースメーカー細胞であり、正常な消化管運動の発現に必須である。近年、腸内細菌叢が宿主に及ぼす様々な影響が報告されているが、ICCと腸内細菌叢の相互作用については分かっていない。そこで本研究は①腸内細菌がICCの機能や形態に及ぼす影響、②ICCが腸内細菌叢に及ぼす影響および③病態における腸内細菌叢の変化がICCに及ぼす影響とその分子機序を明らかにすることでICC-腸内細菌叢間クロストークの解明を行う。これらを解明することでICC機能障害に対する治療法の提供やICC機能の調節を介した腸内細菌叢の正常化やプロバイオティクスを効率化する方法を提供したい。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は腸内細菌と消化管運動ペースメーカー細胞（ICC）のクロストークを明らかにすることを目的としている。
本年度はまず抗生物質により腸内細菌を除去したマウスにおけるICCの増殖を検討した。その結果、抗生物質を投与したマウスの小腸遠位部において増殖マーカーを発現するICCの数が有意に減少していた。また、ICCの代わりに平滑筋細胞と思われる細長い核を保つ細胞の割合が増加していた。また、RNAseq解析において増加が認められていた平滑筋マーカーであるACTG2 mRNAが実際に増加していることをリアルタイムPCRにて確認した。これらの結果から腸内細菌の除去によりICCの増殖が抑制され、代わりに平滑筋細胞の増殖が促進している可能性が示唆された。次に、実際に腸内細菌の除去により血中セロトニン濃度が減少しており、セロトニンの補充により増加していることを確認した。
本年度は上記の実験と同時に、ICCが腸内細菌にどのような影響を及ぼすか明らかにするための実験を実施した。まず、ICCの機能を抑制するためにペースメーカー機能の発揮に必須のチャネルであるANO1の阻害薬が実際に消化管運動に影響を与えるか検討した。その結果、ANO1阻害薬Ani9は胃排泄能や大腸輸送能に大きな影響を及ぼさなかった。一方、小腸においてANO１阻害薬により、内容物を塊にして輸送する能力が低下する可能性が示唆された。今後、Ani9を投与したマウスにおける小腸と大腸の腸内細菌の変化を明らかにする。

Current Status of Research Progress

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

Reason

腸内細菌がICCに及ぼす影響については現象とメカニズムの一端を明らかにできている。ICCが腸内細菌に及ぼす影響についても、条件検討が済んでいるため、研究全体としておおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

腸内細菌がICCに及ぼす影響については無菌マウスを用いて同様の現象が生じているか確認する。また、ICCの減少に関わるセロトニン受容体を特定する。
ICCが腸内細菌に及ぼす影響については、ANO1阻害による小腸運動の詳細な変化をビデオ解析により明らかにするとともに、ICC機能を阻害したマウス（ANO1阻害剤投与）と正常マウスや神経機能を抑制したマウスの腸内細菌叢を比較することで、ICCが生み出す消化管運動が腸内細菌にどのような影響を与えているか明確にする。ICC機能阻害により腸内細菌叢が変化していた場合は、これを無菌マウスに投与し生着させることで、消化管運動やICCの数に影響があるか明らかにする。