| Project/Area Number |
22K06592
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
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| Research Institution | Tokushima Bunri University |
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Principal Investigator |
藤代 瞳 徳島文理大学, 薬学部, 准教授 (10389182)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | カドミウム / 腎障害 / 近位尿細管 / 腎臓 / 再吸収障害 / 輸送 / 再吸収 / ミトコンドリア |
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| Outline of Research at the Start |
カドミウム（Cd）は腎臓に蓄積し、近位尿細管を障害するがその機構の詳細は明らかになっていない。腎臓は様々な物質の再吸収と排泄を調節する器官である。近位尿細管での栄養素や必須金属の再吸収には大量のエネルギーを必要とするため、ATP産生を行うミトコンドリアが重要である。腎臓のミトコンドリアがCd毒性の標的となり、その融合と分裂のバランスを障害する可能性を見出したため、Cd曝露による腎臓のミトコンドリアダイナミクスへの影響を解析し、Cdによる再吸収障害機構を明らかにすることを目指す。また、他の腎障害誘発薬物による腎障害についてもミトコンドリアへの影響を解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
カドミウム（Cd）による腎障害は、近位尿細管において低分子タンパク質やリン（Pi）の再吸収障害を特徴とするが、その発症機構は明らかになっていない。これまでの当研究室の検討で、Cd-MTを投与した腎障害誘発モデルマウスにおいて、Piや糖などの再吸収障害が起こることを明らかにした。マウスに0.2、0.3、0.4 mg Cd/kgの濃度でCd-MT皮下投与し、1、4、7日後に、解剖し採尿、採血を行い、解析した。その結果、Cd-MT投与によりミトコンドリアの形態変化、腎臓中のATP量や呼吸鎖タンパク質発現量の低下が起こっていることが分かった。しかし、腎臓内ATP量については、Cd-MT投与により、0.2, 0.3 mg/kgの投与濃度では低下していたが、0.4 mg/kgの投与濃度では変化しなかった。この原因については検討が必要である。以上の結果より、ミトコンドリアの機能低下が糖やPi、Caなどのの再吸収障害に寄与している可能性が示唆された。
次に、詳細な機構の検討のため、再吸収が盛んな領域である近位尿細管のS1領域由来不死化細胞を用いて検討した。S1細胞をCdCl2に24時間曝露後、細胞内グルコース取り込み量が低下した。また、S1細胞をCdCl2に24時間曝露により、SIRT3およびミトコンドリア呼吸鎖タンパク質(COX7A2L, NDUFA8, NDUFV, VDAC1)量が低下した。さらにCd曝露により、ミトコンドリア膜電位が低下し、細胞内ATP量も低下することが明らかになった。
以上の結果により、Cd曝露による糖などの再吸収障害には、ミトコンドリア機能障害が関与している可能性が示唆された。
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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
Cd-MT投与モデルを用いたin vivo実験では、糖やPi, Caの再吸収障害が起こりその原因としてミトコンドリアの関与について検討した。ミトコンドリアの形態及び機能への影響を明らかにしたことからおおむね順調に進んでいる。今後さらに輸送体の発現変化や局在についても検討していく必要がある。
一方、培養細胞系でも、マウス近位尿細管由来細胞を用いた実験によりCd曝露により糖の取り込み抑制を観察でき、この原因を検討したが、輸送体の発現変化ではなくミトコンドリア障害が重要な役割を果たしている可能性を見出した。しかしPiについては現在再吸収を培養細胞系で測定する系を立ち上げているところである。またミトコンドリア形態観察に関してはS1細胞では染色によりミトコンドリアの観察がやや不鮮明であるため他の細胞のほうが適していることが分かってきた。
複数の近位尿細管由来の培養細胞を使用した検討を行ったことにより、解析に適した細胞があることがわかった。動物モデルと同じようにミトコンドリア障害およびミトコンドリアの形態変化を起こし、Cdによって近位尿細管再吸収障害を起こすラット由来のNRK-52E細胞あるいはマウス由来のS1細胞が適していることが分かってきた。またミトコンドリアの形態観察については、マウス由来のS1細胞はあまり適していなかったため、他の細胞を使用した検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cd-MT投与マウス腎障害モデルを使用し、引き続き、糖、Pi、Caの再吸収障害の原因を明らかにする。また、他の再吸収障害についても検討を行う。
ミトコンドリアの分裂に関与するDrp１の発現変化については、Cd-MT投与後の腎臓でタンパク質発現量を解析し、変化がないことを明らかにした。しかし、Drp1はその活性変化を測定する必要があることがわかったため、今後活性を測定する。
培養細胞を用いた検討では、主にラット由来のNRK-52E細胞を使用し、糖およびPiの再吸収障害について測定できる系を樹立する。またミトコンドリア形態変化についてもNRK-52E細胞を使用した検討を開始する。ミトコンドリア障害のターゲット分子を明らかにするために、ミトコンドリア形態調節に関与するOPA１およびDrp1の発現変化およびその阻害による影響については、現在阻害剤の使用条件の検討中であるため今後さらに進める。
阻害剤の効果があまり見られなかった場合は、OPA1についてはsiRNAを用いた発現抑制による変化についても検討する。
他の腎障害誘発物質について、投与条件検討は行ったが、まだミトコンドリア障害についての検討は行えていないため今後実施する。
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