Development of a novel diagnostic method for renal oxygen homeostasis disorders using urine exosomes

• Project/Area Number: 23K21274
• Project/Area Number (Other): 21H02363 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42020:Veterinary medical science-related
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 池田 正浩 宮崎大学, 農学部, 教授 (60281218)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 薬理学 / NRF2 / HIF / 腎疾患 / 腎薬理学 / 低酸素 / 酸化ストレス

Outline of Research at the Start

目的達成のために計画している研究項目は、（１）NRF2やHIF活性が変化するモデル動物を用いた網羅的解析、（２）システムバイオロジー解析によるバイオマーカー候補分子の選定、（３）疾患モデル動物を用いた実証研究の３つである。研究計画では、最初の2.5年間で、１）および２）を、残りの1.5年間で３）を完成させることになっている。2023年度までには、上記（１）のうち、NRF2活性が変化する薬理学的モデル動物を用いて１種類のmRNAを候補分子として発見している。HIFの活性化薬（PHD（プロリン水酸化酵素）阻害薬）を用いた解析では、鉄代謝に関与する分子を候補分子として見出している。

Outline of Annual Research Achievements

目的達成のために計画している研究項目は、（１）NRF2やHIF活性が変化するモデル動物を用いた網羅的解析、（２）システムバイオロジー解析によるバイオマーカー候補分子の選定、（３）疾患モデル動物を用いた実証研究の３つである。最終的にはこれらの結果を総合的に考察して、腎のNRF2やHIF活性を非侵襲的に捉えて、腎の酸素状態を描出する。そしてそれに基づく診断シーズを提案すること、腎病理学分野の理解を進展させることなどを行う。研究計画では、最初の2.5年間で、１）および２）を、残りの1.5年間で３）を完成させることになっている。
2023年度までには、上記（１）のうち、NRF2活性が変化するモデル動物において網羅的解析（マイクロアレイ解析）を実施した。NRF2については、NRF2の結合分子であるKEAP1分子の構造を変化させてNRF2を活性化するバルドキソロンメチルを用いた。バルドキソロン投与動物の腎および尿中細胞外小胞を採材して溶媒投与群のものとマイクロアレイ解析によって比較した。その結果、腎および尿中細胞外小胞画分で共通に2倍以上あるいは50％以下に変化する９種類のmRNA、および１種類のmiRNAを発見した。また、次世代シークエンサーを用いて尿中細胞外小胞画分を解析したところ、最終的には２種類の候補分子を見出した。
HIFの活性化薬（PHD（プロリン水酸化酵素）阻害薬）を用いて、尿中細胞外小胞画分のマイクロアレイ解析を行った。その結果、２分子をバイオマーカー候補として見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績の概要のところで述べたように、NRF2およびHIF活性を捉えられる可能性のある分子を見出したことから、当初計画の通りに順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

順調に進捗しているので、今後も計画通りに研究を進める。
2024年度には、腎のNRF2活性あるいはHIF活性によって発現量が変化する２分子について、バイオマーカーとしての妥当性を検討する。この検討では、in-situ hybridizationによる候補分子の腎内局在の解析や、尿中細胞外小胞中の核酸分子のPCR検出法などについての検討も行う。また、急性腎障害モデルを用いて、候補分子によってNRF2活性やHIF活性を検出できるかどうかの検討も実施する。

Research Products

• [Journal Article] Expression patterns of aquaporins 1, 3, 5 in canine mammary gland carcinomas (2024)
  • Author(s): FUJIMOTO Naruki、TANIGUCHI Yoshiki、SONODA Hiroko、KANEKO Yasuyuki、MATSUZAKI Toshiyuki、ITOH Teruo、HIRAI Takuya、UCHIDA Kazuyuki、IKEDA Masahiro
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 86 Issue: 2 Pages: 168-179
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0278
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Blueberry stem extract prevents lacrimal hyposecretion in non-obese diabetic mice via activation of AMPK (2023)
  • Author(s): Ogawa, K., Ohno, Y., Tagashira, A., Urata, K., Satoh, K., Fujimoto, N., Sonoda, H., Ikeda, M., Matsuzaki, T., Nishiyama, K., Kunitake, H., Goto, Y., Yamasaki, M.
  • Journal Title: In Vivo Volume: 37 Pages: 1003-1015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rhabdomyolysis, myoglobinuric nephrosis, and crystalline nephropathy in a captive bottlenose dolphin (2022)
  • Author(s): Nueangphuet, P., Hamano, T., Hirai, T., Sakaguchi, Y., Sonoda, H., Otsuka, M., Osamu, Y., Hobo, S., Ikeda, M., Yamaguchi, R.
  • Journal Title: Journal of Veterinary Diagnostic Investigation Volume: 34 Issue: 4 Pages: 668-673
  • DOI: 10.1177/10406387221090516
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Onion (Allium cepa L.)-Derived Nanoparticles Inhibited LPS-Induced Nitrate Production, However, Their Intracellular Incorporation by Endocytosis Was Not Involved in This Effect on RAW264 Cells (2021)
  • Author(s): Yamasaki Masao、Yamasaki Yumi、Furusho Rina、Kimura Hayaka、Kamei Ichiro、Sonoda Hiroko、Ikeda Masahiro、Oshima Tatsuya、Ogawa Kenjiro、Nishiyama Kazuo
  • Journal Title: Molecules Volume: 26 Issue: 9 Pages: 2763-2763
  • DOI: 10.3390/molecules26092763
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced urinary release of AQP1‐ and AQP2‐bearing extracellular vesicles in patients with advanced chronic kidney disease (2021)
  • Author(s): Oshikawa‐Hori Sayaka、Yokota‐Ikeda Naoko、Sonoda Hiroko、Sasaki Yosuke、Ikeda Masahiro
  • Journal Title: Physiological Reports Volume: 9 Issue: 17
  • DOI: 10.14814/phy2.15005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Upregulation of NADPH Oxidase 2 Contributes to Renal Fibrosis in pcy Mice: An Experimental Model of Nephronophthisis (2021)
  • Author(s): Hoshino Yuya、Sonoda Hiroko、Mikoda Nobuyuki、Ikeda Masahiro
  • Journal Title: Nephron Volume: Online ahead of print Issue: 4 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1159/000520697
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 腎泌尿器の生理機能と異常 (2023)
  • Author(s): 池田正浩
  • Organizer: 第15回日本獣医腎泌尿器学会学術集会・総会
  • Invited
• [Presentation] Estimation of plasma vasopressin activity by AQP2 in urinary extracellular vesicles (2023)
  • Author(s): Tamami Kawaguchi, Hiroko Sonoda, Takahiro Yokote, Masahiro Ikeda
  • Organizer: Kidney Week 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidating the diuretic effect of corticosteroids in rats (2023)
  • Author(s): Keito Uema, Hiroko Sonoda, Akane Oguchi, Yoshiki Higashijima, Masahiro Ikeda
  • Organizer: Kidney Week 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of RNAs in urinary extracellular vesicles for detecting renal Nrf2 activation (2023)
  • Author(s): Haruka Takayama, Hiroko Sonoda, Yoshiki Higasijima, Ayae Tanaka, Masahiro Ikeda
  • Organizer: Kidney Week 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 合成副腎皮質ホルモン製剤のラットにおける利尿作用に関する研究 (2022)
  • Author(s): 上間圭人、園田紘子、池田正浩
  • Organizer: 第75回日本薬理学会西南部会
• [Presentation] An estimation of urine fl ow rate using urinary creatinine excretion rate in rats (2022)
  • Author(s): Akane Oguchi，Hiroko Sonoda，Tamami Kawaguchi，Masahiro Ikeda
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] 急性腎不全モデルマウスにおけるポリマー沈殿法で単離した血中細胞外小胞mRNAの解析 (2021)
  • Author(s): 園田紘子、阪口優衣、礒見まり、宮原 佑、池田正浩
  • Organizer: 第74回日本薬理学会西南部会
• [Presentation] A candidate molecule for non-invasive biomarkers in renal Nrf2 activation (2021)
  • Author(s): Haruka Takayama, Ayae Tanaka, Hiroko Sonoda, Masahiro Ikeda
  • Organizer: 第95回日本薬理学会年会
• [Book] 血小板凝集に影響する薬物、pp. 102-104、薬理学・毒性学実験 第4版 (2023)
  • Author(s): 白石光也、園田紘子、池田正浩
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 文永堂出版
  • ISBN: 9784830032868
• [Book] 腎に作用（利尿に影響）する薬物、pp. 120-121、薬理学・毒性学実験 第4版 (2023)
  • Author(s): 園田紘子、池田正浩
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 文永堂出版
  • ISBN: 9784830032868