| 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) |
2024-04-01 – 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 / Enterococcus / 腸上皮細胞 / PTS / 遺伝子サイレンシング / 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) 宿主由来のmiRNAが腸内細菌の菌体内に取り込まれることを証明するために、マウスの糞便small RNAを蛍光標識し、マウスの腸内容物から培養した細菌に添加して4時間インキュベートした後、検鏡した。その結果、一部の細菌群にsmall RNAが取り込まれることが示された。
2) 腸上皮細胞由来のmiRNAが腸内細菌叢の構成に影響することを証明するために、ヒト腸上皮細胞株Caco-2とマウスの培養腸内細菌との共培養系を確立し、共培養が培養細菌叢の構成に及ぼす影響を解析した。メタ16S解析では有意な影響を示すことはできなかったが、qPCRによってEnterococcus属細菌が増加することが示され、マウス糞便miRNAによりEnterococcus属細菌が増加する際に、腸上皮細胞から放出されるmiRNAが寄与する可能性が示唆された。
3) 宿主由来のmiRNAが腸内細菌叢の構成に影響する分子機序を解明するために、純培養したEnterococcus faecalisにマウス糞便miRNAを添加した際の遺伝子発現変化をRNA-seqにより網羅的に解析した。その結果、細菌の糖取り込み機構であるcarbohydrate phosphotransferase system（PTS）に関連する遺伝子の発現がマウス糞便miRNAにより低下することが明らかとなり、宿主miRNAは糖取り込み制御を介してEnterococcus faecalisの増殖を促進することが示唆された。
4) 肥満を伴う2型糖尿病を発症するKK-Ayマウスを用いて、宿主の病態が糞便miRNAのプロファイルおよびそれが腸内細菌叢に及ぼす影響を変化させることを示した。
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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
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、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、および、3) 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こと、を挙げた。このうち、研究実績の概要2に記載した通り、目的1は概ね達成でき、また目的3は昨年度の実績を追試し、その結果に基づいて論文発表をしたので達成できたと言える。しかしながら目的2については、通常マウスと無菌マウスとの比較を実施する予定であったものの、達成できていない。一方、宿主由来miRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響する分子機序の解明に関して、実績の概要3に記載したように当初の予定に先んじた進捗をみている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は概ね順調に進展している。ただし、当初予定していた腸管オルガノイドを用いた解析に関しては、このものが培地中に放出するmiRNAが極めて微量であり、miRNAプロファイルの解析や培養細菌への添加に用いることが困難と考えられるため、これを解決するための予備検討を進めている。一方、宿主由来miRNAが腸内細菌叢の構成と機能に影響する分子機序の解明に関しては、当初の予定に先んじた進捗をみているため、これをさらに進める。具体的には、研究実績の概要で記載した「Enterococcus faecalisにおける宿主miRNAによるPTS関連遺伝子の発現低下」が増殖促進に寄与するメカニズムを追究する。
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