宇宙環境によるリンパ組織擾乱の分子機構解明

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 18H04989
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 秋山 泰身 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (50327665)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2019: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: 宇宙 / 胸腺 / T細胞 / 無重力 / 遺伝子発現 / リンパ組織 / ストレス / 宇宙環境 / 放射線 / 脾臓 / 宇宙生命科学 / 免疫

Outline of Annual Research Achievements

宇宙環境は、ヒトの免疫系に影響を与えることが知られている。これまでの宇宙飛行士の血液サンプルから様々な知見が得られてきた。一方、免疫系に重要なリンパ組織への影響は、ヒトで調べることが難しい。本年度は、マウスを用い、宇宙環境ストレスがリンパ組織胸腺に与える影響を調べた。
国際宇宙ステーションで35日間滞在したマウスを地上で回収した胸腺を調べた。宇宙滞在により胸腺は有意に萎縮するが、宇宙滞在中に人工的な1Gを負荷すると、その萎縮は有意に軽減された。胸腺で発現変動する遺伝子をRNA-seq法で調べたところ、細胞増殖を制御する遺伝子群が宇宙滞在により有意に減少し、その減少は1G負荷により軽減された。以上の結果から、宇宙滞在は胸腺細胞の増殖を抑制することで、胸腺萎縮をもたらすこと、宇宙滞在による細胞増殖抑制は、人工的に1Gを負荷することで有意に軽減されると結論した
宇宙環境の特徴の一つが高エネルギー放射線である。放射線は、骨髄や胸腺など1次リンパ組織に一過性の損傷を与える。胸腺の損傷は、徐々に回復するが、その回復過程は複雑であり、細胞、分子レベルでの解明が進んでいない。そこで、胸腺が放射線照射による損傷から回復する過程の実験データを、細胞を変数とした数理モデルにより記述した。数理モデルの解析から、胸腺損傷からの回復時に、通常は増殖能が低い未熟T細胞が一過性に増殖することが判明した。
以上の研究により、宇宙環境が免疫組織に与える影響の一部を分子および細胞レベルで明らかにできた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Down-regulation of GATA1-dependent erythrocyte-related genes in the spleens of mice exposed to a space travel (2019)
  • Author(s): Horie Kenta、Sasanuma Hiroki、Kudo Takashi、Fujita Shin-ichiro、Miyauchi Maki、Miyao Takahisa、Seki Takao、Akiyama Nobuko、Takakura Yuki、Shimbo Miki、Jeon Hyojung、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Yoshida Nobuaki、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 444-444
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44067-9
  • NAID: 120007133360
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TRAF6 maintains mammary stem cells and promotes pregnancy-induced mammary epithelial cell expansion (2019)
  • Author(s): Yamamoto Mizuki、Abe Chiho、Wakinaga Sakura、Sakane Kota、Yumiketa Yo、Taguchi Yuu、Matsumura Takayuki、Ishikawa Kosuke、Fujimoto Jiro、Semba Kentaro、Miyauchi Maki、Akiyama Taishin、Inoue Jun-ichiro
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Issue: 1 Pages: 292-292
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0547-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of spaceflight on the murine thymus and mitigation by exposure to artificial gravity during spaceflight (2019)
  • Author(s): Horie Kenta、Kato Tamotsu、Kudo Takashi、Sasanuma Hiroki、Miyauchi Maki、Akiyama Nobuko、Miyao Takahisa、Seki Takao、Ishikawa Tatsuya、Takakura Yuki、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Hamada Michito、Jeon Hyojung、Yoshida Nobuaki、Inoue Jun-ichiro、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Ohno Hiroshi、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 19866-19866
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56432-9
  • NAID: 120007132915
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative analysis reveals reciprocal regulations underlying recovery dynamics of thymocytes and thymic environment in mice (2019)
  • Author(s): Kaneko Kazumasa B.、Tateishi Ryosuke、Miyao Takahisa、Takakura Yuki、Akiyama Nobuko、Yokota Ryo、Akiyama Taishin、Kobayashi Tetsuya J.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Issue: 1 Pages: 444-444
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0688-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 胸腺抗原提示細胞の成熟におけるTNFレセプターファミリーの役割 (2019)
  • Author(s): 関 崇生、堀江 健太、秋山 伸子、秋山 泰身
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 71 Pages: 8-8
• [Journal Article] 胸腺髄質におけるT細胞の選択と抗原提示細胞" (2019)
  • Author(s): 秋山 泰身、堀江 健太、関 崇生、宮尾 貴久、宮内 真紀、秋山 伸子
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 71 Pages: 7-7
  • NAID: 40021866206
• [Journal Article] Long-term hindlimb unloading causes a preferential reduction of medullary thymic epithelial cells expressing autoimmune regulator (Aire) (2018)
  • Author(s): Horie Kenta、Kudo Takashi、Yoshinaga Riko、Akiyama Nobuko、Sasanuma Hiroki、Kobayashi Tetsuya J.、Shimbo Miki、Jeon Hyojung、Miyao Takahisa、Miyauchi Maki、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Yoshida Nobuaki、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 501 Issue: 3 Pages: 745-750
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.05.060
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of intestinal M cells and follicle-associated epithelium is regulated by TRAF6-mediated NF-κB signaling. (2018)
  • Author(s): Kanaya T, Sakakibara S, Jinnohara T, Hachisuka M, Tachibana N, Hidano S, Kobayashi T, Kimura S, Iwanaga T, Nakagawa T, Katsuno T, Kato N, Akiyama T, Sato T, Williams IR, Ohno H.
  • Journal Title: J Exp Med. Volume: 5;215(2) Issue: 2 Pages: 501-519
  • DOI: 10.1084/jem.20160659
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Impacts of space flight and its ground models on the thymus (2018)
  • Author(s): 堀江 健太
  • Organizer: 第47回日本免疫学会学術集会
• [Remarks] リンパ組織修復の定量的モデリング
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20191219_1/index.html
• [Remarks] 宇宙滞在による免疫機能低下の機構を解明
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20191227_3/index.html