| Project/Area Number |
23K26845
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| Project/Area Number (Other) |
23H02152 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38050:Food sciences-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
園山 慶 北海道大学, 農学研究院, 教授 (90241364)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 腸内細菌叢 / microRNA / 遺伝子サイレンシング / 腸上皮細胞 / Enterococcus / フルクトオリゴ糖 / 腸管オルガノイド |
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| Outline of Research at the Start |
腸内細菌叢が宿主の生理に影響する際にmicroRNA(miRNA)によ る遺伝子サイレンシングが重要な役割を果たす。それとは逆に宿主が腸内細菌叢に影響する際にもmiRNAが関わるかもしれない。本研究では、「宿主由来のmiRNAが腸内細菌叢のホメオスタシス維持に寄与する」という仮説を立て、動物実験、組織培養、および腸内細菌培養を用いてこれを証明する。また、このことに食品がどのような影響をおよぼすのか、を明らかにする。これにより、腸内細菌叢と宿主のクロストークを理解し、食品が腸内細菌叢を介して健康機能を発揮する際の細胞・分子基盤を解明することに貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「宿主由来のmicroRNA（miRNA）が腸内細菌叢のホメオスタシス維持に寄与する」という仮説を立て、今年度は以下のように検証を進めた。
1) 腸上皮由来のmiRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響することを証明するために、マウスの腸内容物から分離した細菌を培養し、腸内容物から分離したsmall RNAを添加した際の細菌叢の構成変化をメタ16SおよびqPCRにより解析するとともに、培養上清中の有機酸をHPLCにより定量した。その結果、small RNA添加により細菌叢の構成が変化し、とりわけEnterococcus属細菌が増加すること、短鎖脂肪酸構成が変化することが明らかとなった。また、small RNAを限外濾過により分画し、10 kDa以下の画分がEnterococcus属細菌の増加作用を有することが示された。さらに、マウスやヒトのmiRNAと配列相同性を有さないmiRNAはEnterococcus属細菌の増加作用を示さなかった。以上のことから、宿主由来のmiRNAが配列依存的に腸内細菌叢の構成および代謝に影響することが示唆された。
2) 食品が腸上皮細胞由来のmiRNAのプロファイルと機能に影響することを証明するために、難消化性オリゴ糖の一種であるフルクトオリゴ糖（FOS）の摂取が腸内容物中のmiRNAプロファイルに影響を及ぼすか否か、ならびにそのmiRNAが培養腸内細菌叢に及ぼす影響を変化させるか否かを調べた。マイクロアレイ解析の結果、FOSの摂取が腸内容物中のmiRNAプロファイルを変化させることが明らかとなった。また、培養腸内細菌のメタ16S解析の結果、FOSの摂取は腸内容物中のmiRNAが培養腸内細菌叢の構成に及ぼす影響を変化させることが示された。すなわち、宿主由来のmiRNAによる腸内細菌叢の構成変化は食餌に影響されることが示唆された。
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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
今年度の研究目的として、1) 腸上皮細胞由来のmiRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響することを証明すること、および、2) 腸内細菌叢が腸上皮細胞由来のmiRNAのプロファイルと機能に影響することを証明すること、を挙げた。このうち、研究実績の概要1に記載した通り、目的1は達成できたと言える。一方、目的2に関しては、通常マウスと無菌マウスとの比較、ならびにマウスの腸管オルガノイドを用いた解析を実施する予定であったものの、これらは達成できていない。しかしながら、研究実績の概要2に記載したFOS摂取の影響に関しては、このものが腸内細菌叢の構成を変化させることはよく知られている事実であるため、FOS摂取が腸内細菌叢の構成を変化させることを介してmiRNAのプロファイルと機能に影響したと考えると、研究実績の概要2は目的2の達成に一部寄与するということができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は概ね順調に進展している。したがって当初の計画通りに研究を推進していく。具体的には下記の通りである。
1) 腸管オルガノイドの培養上清から分離したmiRNAを腸内細菌培養系に添加することにより、腸上皮細胞が放出するmiRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響することをex vivoで証明する。
2) 腸管オルガノイドへの菌体成分や代謝産物を添加し、miRNAプロファイルを分析することにより、腸内細菌叢が腸上皮細胞由来のmiRNAのプロファイルに影響することを証明する。
3) 肥満を伴う2型糖尿病を自然発症するKK-Ayマウスを用いて解析することにより、宿主の病態がmiRNAのプロファイルと機能に及ぼす影響を明らかにする。
4) 培養したEnterococcus属細菌にマウス腸内容物由来miRNAを添加した際の遺伝子発現を網羅的に解析することにより、宿主由来のmiRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響する分子機序を解明する。
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