細胞種特異的な老化細胞制御システムを用いた個体老化・加齢性疾患病態機構の解明

• Project/Area Number: 23K27376
• Project/Area Number (Other): 23H02685 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49010:Pathological biochemistry-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 城村 由和 金沢大学, がん進展制御研究所, 教授 (40616322)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 細胞老化 / 細胞周期 / 慢性炎症 / p16INK4A / 一細胞遺伝子発現解析 / 個体老化

Outline of Research at the Start

応募者らの開発した生体内の老化細胞を一細胞レベルで可視化・単離可能なマウスモデルを用いた解析から、様々な細胞種が老化細胞になることや細胞種ごとに異なる特徴的な遺伝子発現プロファイルを示すことを見出した。その中には、再生が困難な非増殖性細胞種である神経細胞も多く含まれていることも分かり、老化細胞除去の副作用も懸念される。本研究では、デュアルリコンビナーゼシステムによる細胞種特異的な老化細胞の可視化・除去・リプログラミング可能なマウスモデルを構築することで、各老化細胞種ごとの個体老化・加齢性疾患に与える影響を分子・細胞・組織・個体の多階層にわたり統括的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、これまでの研究代表者らが開発したp16CreERT2・CAG-LSL-tdTomatoマウスを用いた研究結果から、加齢に伴ってその数が顕著に増加することが明らかになっている、線維芽細胞・血管内皮細胞・単球細胞・近位尿細管細胞・肝細胞・神経細胞特異的な老化細胞を可視化・除去・部分的リプログラミング可能なマウスを作製し、個体老化や加齢性疾患の病態改善や副作用を解析する。さらに、老化細胞除去・部分的リプログラミング前後のマウスを用いて、一細胞解析や空間トランスクリプトーム解析を行うことで、両介入法による組織中の細胞間ネットワーク変換の基礎となる分子メカニズムを比較検証する。
本年度は、細胞種特異的な除去マウスを作製するために、p16-CreERT2・CAG-LSL-RSR-tdTomato-DTRマウスと各細胞種特異的にDreERT2を発現するマウスを交配した。次に、これら細胞種特異的な老化細胞可視化・除去マウスが実際に各細胞種特異的に標識できているかを確認するために、若齢期のマウスにタモキシフェンを投与することでCreERT2・DreERT2を活性化して細胞をtdTomatoで標識し、組織切片を作製し各細胞種特異的なマーカーに対する抗体を用いて蛍光免疫染色を行い、共焦点顕微鏡を用いた高解像度イメージング解析を行ったところ、その割合は非常に少ないものの、線維芽細胞・肝細胞・神経細胞に関しては細胞種特異的な老化細胞の標識が可能であることが明らかになった。さらに、肝細胞特異的な老化細胞可視化マウスに関して、慢性肝障害モデルを誘導して解析を行ったところ、その割合が顕著に増加することが確認できた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の予定通り、細胞種特異的な老化細胞の標識が可能なマウスモデルを構築することができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は、、構築した細胞種特異的な老化細胞可視化マウスを用いて、一細胞遺伝子発現解析を行う。さらに、細胞種特異的な老化細胞の除去が可能なマウスモデルの構築を行い、細胞種特異的な老化細胞の除去が加齢性疾患・個体老化に与える影響を解析していく。

Research Products

• [Journal Article] Autophagy Inhibition?induced Cytosolic DNA Sensing Combined with Differentiation Therapy Induces Irreversible Myeloid Differentiation in Leukemia Cells (2024)
  • Author(s): Baba Tomohisa、Tomaru Utano、Hirao Atsushi、Mukaida Naofumi、Johmura Yoshikazu
  • Journal Title: Cancer Research Communications Volume: 4 Issue: 3 Pages: 849-860
  • DOI: 10.1158/2767-9764.crc-23-0507
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plasma membrane damage limits replicative lifespan in yeast and induces premature senescence in human fibroblasts (2024)
  • Author(s): Suda Kojiro、Moriyama Yohsuke、Razali Nurhanani、Chiu Yatzu、Masukagami Yumiko、Nishimura Koutarou、Barbee Hunter、Takase Hiroshi、Sugiyama Shinju、Yamazaki Yuta、Sato Yoshikatsu、Higashiyama Tetsuya、Johmura Yoshikazu、Nakanishi Makoto、Kono Keiko
  • Journal Title: Nature Aging Volume: 4 Issue: 3 Pages: 319-335
  • DOI: 10.1038/s43587-024-00575-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] LONRF2 is a protein quality control ubiquitin ligase whose deficiency causes late-onset neurological deficits (2023)
  • Author(s): Li Dan、Johmura Yoshikazu、Morimoto Satoru et al.
  • Journal Title: Nature Aging Volume: 3 Issue: 8 Pages: 1001-1019
  • DOI: 10.1038/s43587-023-00464-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo dynamics of senescence in rhabdomyolysis-induced acute kidney injury (2023)
  • Author(s): Harris Alexander S.、Aratani Sae、Johmura Yoshikazu、Suzuki Narumi、Dan Li、Nakanishi Makoto
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 673 Pages: 121-130
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.06.046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The chemotherapeutic drug doxorubicin does not exacerbate p16Ink4a-positive senescent cell accumulation and cardiometabolic disease development in young adult female LDLR-deficient mice (2023)
  • Author(s): Postmus Andrea C.、Kruit Janine K.、Eilers Roos E.、Havinga Rick、Koster Mirjam H.、Johmura Yoshikazu、Nakanishi Makoto、van de Sluis Bart、Jonker Johan W.
  • Journal Title: Toxicology and Applied Pharmacology Volume: 468 Pages: 116531-116531
  • DOI: 10.1016/j.taap.2023.116531
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] がん間質中の老化細胞の同定と性状解析 (2023)
  • Author(s): 城村由和
  • Organizer: 第97回日本薬理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 老化細胞の一細胞遺伝子発現解析による加齢に伴うがんの悪性進展機構の解明 (2023)
  • Author(s): 城村由和
  • Organizer: 第10回JCRベーシックリサーチカンファレンス
  • Invited
• [Presentation] Analysis of the dynamics, origin, and properties of senescent cells induced during tissue damage (2023)
  • Author(s): Nakano Y, Johmura Y
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In Vivo Lineage Tracing of p16-expressing Senescent Cells in Acute Liver Injury (2023)
  • Author(s): Nakano Y, Zhang Z, Kumamoto S, Johmura Y
  • Organizer: 第18回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞老化を標的とした先進的な健康寿命延伸法の創出を目指して (2023)
  • Author(s): 城村由和
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] Autophagy inhibitors cooperate to induce an irreversible myeloid differentiation in AML differentiation therapy (2023)
  • Author(s): Baba T, Johmura Y
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Pre-existed Senescent Fibroblasts in aged bladder create tumor permissive niche (2023)
  • Author(s): Johmura Y
  • Organizer: The 11th KUCRI-FUSCC Joint Symposium on Tumor Biology 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Developing the approaches to treat aging and chronic inflammatory diseases by targeting senescent cells (2023)
  • Author(s): Johmura Y
  • Organizer: India - Japan Cancer Symposium International Symposium on Tumor Biology in Kanazawa 2023 Kanazawa University SAKIGAKE Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ユビキチンリガーゼLONRF2による変性タンパク質分解を介したプロテオスタシス制御 (2023)
  • Author(s): 城村由和
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 変性タンパク質選択的ユビキチンリガーゼLONRF2の欠損は加齢性神経変性を引き起こす (2023)
  • Author(s): 城村由和
  • Organizer: 第23回日本抗加齢医学会総会
  • Invited
• [Book] 実験医学 41(15) (2023)
  • Author(s): 大森 徳貴 城村 由和
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758104135
• [Remarks] 神経変性疾患の原因となる異常タンパク質の分解を誘導する酵素を同定 ―神経変性疾患治療への応用―
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/rd/127647