Critical roles of smooth muscle cells on novel mechanisms of vascular remodeling
| Project/Area Number |
21K19343
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
鈴木 良明 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (80707555)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | カルシウムシグナリング / 血管平滑筋細胞 / 興奮転写連関 / 光遺伝学 / マクロファージ / 血管リモデリング / CaMKK2 / カルシウムシグナル / カルシウムマイクロドメイン |
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| Outline of Research at the Start |
ストレス負荷によるマクロファージ（MΦ）の動脈壁への集積と慢性炎症が、平滑筋細胞（SMC）の転換・増殖を誘発して血管リモデリングを引き起こす。この概念は炎症説と呼ばれ、MΦが上流因子、SMCが下流因子に位置付けられる。しかし、動脈が多様なストレスを感知してMΦを集積させる機構は不明である。これまでにSMCはストレスセンサーとして、MΦの集積と血管リモデリングに関わるという仮説に至った。本研究は、「SMCがMΦの下流因子」という既成概念を、「SMCはMΦの上流因子であり、血管リモデリングの発症と増悪に積極的に関与する」という新規概念へ転換させる。また、血管リモデリング疾患の新規治療法の創出を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では分子＜オルガネラ＜細胞＜組織＜個体の多階層検証により、血管平滑筋細胞（VSMC）を主軸とした代表者独自の血管リモデリング形成仮説を包括的に実証することを目指す。
1. VSMCによるCa2+ストレスセンシングの分子機構の解明：血管平滑筋細胞のカベオラ内にCav1.2-CaMKK2-CaMK1a分子複合体が形成されることを見出した。脱分極刺激によるCav1.2チャネルが活性化して、流入したCa2+がCaMKK2およびCaMK1aを活性化すること、またCaMKK2がCaMK1aを完全に活性化してその核移行を誘発することを発見した。これにより、核内で転写因子CREBのリン酸化が起こり、Ca2+シグナルがマクロファージの遊走・浸潤を促進する遺伝子群の転写に変換された。実際にマウス生体で腸間膜動脈に対して圧負荷をかけたところ、平滑筋細胞におけるCREBのリン酸化と血管外膜へのマクロファージの遊走が観察された。また、血管中膜の肥厚も検出された。この一連の研究により、血管障害後のマクロファージの集積および血管リモデリングの発生に関する分子メカニズムの一端が明らかになった（Suzuki Y et al., PNAS, 2022; Suzuki Y et al., Biol Pharm Bull, 2022）。また、熊本大学 荒木喜美 教授、荒木正建 准教授との共同研究により、CaMKK2-KOマウスの樹立も完了し、E-T couplingの減弱を見出した。
2).生体内VSMC特異的刺激を用いた本研究仮説の個体での実証：個体レベルでの仮説の検証では、VSMCへのCa2+ストレス負荷が実際にMΦを動脈へ集積させるか検証する必要がある。そこで、SMC特異的チャネロドプシン発現（SMC-ChR2-YFP）マウスを用いた光遺伝学による生体内血管SMC特異的刺激を導入する。当該年度では、SMC特異的ChR2-YFP発現マウスの単離細胞を用いて、L型電位依存性Ca2+チャネルから選択的にCa2+が流入する刺激条件を同定した。
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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
当該年度には分化型SMC特異的ChR2発現マウス（SMC-ChR2-YFP）と青色LEDを用いた光刺激を組み合わせることにより、血管組織内で血管平滑筋のみに脱分極刺激を与えて、細胞内Ca2+濃度を上昇させることに成功した。また、CaMKK2が血管リモデリング形成に関わることを明らかにし（SuzukiらPNAS, 2022）、下流分子としてCaMK1aを同定することができた（Suzuki Y et al., Biol Pharm Bull, 2022）。
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| Strategy for Future Research Activity |
1).SMCによるCa2+ストレスセンシングの分子機構の解明：CaMKK2-KOマウスを用いて、CaMKK2の血管リモデリング形成に対する役割を詳細に解明する。
2).生体内血管SMC特異的刺激を用いた本研究仮説の個体での実証：SMC-ChR2-YFPマウス由来の動脈を、ex vivoおよびin vivoで光刺激して、SMCの興奮転写連関がMΦの集積や炎症、SMCの脱分化・増殖、血管リモデリングを誘発するか検証する。
3).SDMCの特性および血管リモデリングへの寄与の解明：光刺激や結紮によりSMC-ChR2-YFPマウスの動脈に肥厚巣を作製し、SDMCを単離してその特性を解析する。これが困難な場合は、初代培養血管平滑筋細胞に脂質あるいはサイトカインなどの刺激を与えてSDMCを誘導して解析する。
4).CaMKK2を標的とした血管リモデリング疾患の新たな治療戦略の創出：
CaMKK2-KOやCaMKK2阻害薬により、血管リモデリングを抑制できるか疾患モデル（高血圧や血管内膜肥厚、肺高血圧など）で検証する。
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Report
(2 results)
Research Products
(43 results)
