Investigation of role and mechanism of pyroptosis in acute lung injury

• Project/Area Number: 22K16199
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53030:Respiratory medicine-related
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 水品 佳子 自治医科大学, 医学部, 講師 (70458321)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 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: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 炎症 / 細胞死 / 細胞・組織 / 肺疾患 / 免疫学

Outline of Research at the Start

本研究は、急性肺傷害（ALI）におけるPyroptosisの役割を解明することを目的に研究を行い、ALIにおける炎症惹起機構を解明し、ALIに対する新たな治療標的の同定を目指す。
まず初めに、ALIの病態におけるPyroptosisの役割を解明することを目的に、マウスALIモデルを用いた解析を行う。それに引き続き、Pyroptosis惹起の分子機序を解明することを目的に、in vitroでPyroptosis関連分子およびGSDMEのプロセシング機構に関する解析を行う。
以上の解析結果から、ALIの治療標的を同定し、さらにはALIの新たな治療開発を目指した解析を進めていく。

Outline of Annual Research Achievements

急性肺傷害（Acute lung injury: ALI）における無菌性炎症の重要性が示されているが、その炎症がどのように惹起され、傷害が進展していくかは未だ不明な点が多い。近年、様々な病態における炎症が、制御された細胞死（Regulated cell death: RCD）を起点として起こってくることが明らかになってきた。特に、申請者がこれまで研究をしてきたインフラマソームは炎症性サイトカインであるIL-1βの放出を伴うPyroptosisという炎症性細胞死を引き起こす。そこでALIにおけるPyroptosisを含めた細胞死および炎症惹起機構の解明を目的に本研究を遂行した。
ナノシリカは、化粧品や日用品、食品、工業用品などに多用されPM2.5にも含まれるナノマテリアルの1つで、人体への有害性が指摘されている。ナノシリカにマウスを暴露させると肺傷害を生じることも報告されている。そこでナノシリカALIモデルを用いて解析を行うこととした。
in vitroの解析で、肺胞上皮細胞株であるA549細胞にナノシリカを添加すると細胞死が誘導された。ナノシリカ刺激は肺胞上皮細胞のCaspase-3 依存的なGSDMEプロセシングを誘導したが、ナノシリカによる肺胞上皮細胞死はCaspase-3 欠損で抑制されず、ナノシリカによる肺胞上皮細胞死はPyroptosis 以外の細胞死が関与していることが示唆された。次にRCD の1つであるNecroptosisを阻害するGSK’872(RIPK3 阻害剤)を添加したところ、ナノシリカによる肺胞上皮細胞死が抑制され、ナノシリカによる肺胞上皮細胞死にNecroptosis が関与していることが示唆された。
現在は、ナノシリカ気管内投与によるマウスALIモデルを作成し、Necroptosisの阻害による肺傷害抑制効果を検証している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マウスモデルの作成および条件設定に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

ナノシリカによるマウス急性肺傷害モデルを用いて、急性肺傷害における細胞死の役割についてさらに解析を行う予定である。