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細胞ダイバーシティーを基盤とした腸上皮組織の恒常性維持機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrated analysis and regulation of cellular diversity
Project/Area Number 18H05100
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHokkaido University (2019)
Kyoto University (2018)

Principal Investigator

今城 正道  北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任准教授 (00633934)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords腸上皮 / 細胞ダイバーシティー / EGFR / ERK / 腫瘍形成 / 細胞分化 / オルガノイド / 生体イメージング / 細胞増殖 / 環境刺激応答 / オルガノイド培養
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、哺乳類腸上皮において細胞社会のダイバーシティーが組織の環境応答や恒常性に果たす役割を明らかにし、その異常と腸疾患との関わりを理解することを目指した。この目標を達成するために、病態モデルマウスや腸上皮オルガノイド、生体イメージング技術を駆使した研究を行い、特にEGFR-ERK MAPキナーゼ経路が細胞ダイバーシティーの制御に重要な役割を果たすことを見出した。
ERKは細胞増殖の制御に重要な役割を果たすことが知られているが、実際の生体内でいつ、どのように活性化するのかは未解明の部分が多い。そこで本研究では先ず、最新の生体イメージング技術を駆使し、生きたマウス腸上皮におけるERK活性の動態を単一細胞レベルで測定した。その結果、腸上皮ではERK活性には一定の基底状活性と一過的なパルス状活性の二つの成分があることが分かった。このうち、基底状活性はErbB2受容体が、一方パルス状活性はEGFRが駆動していた。さらに、腸上皮腫瘍の形成過程では、EGFR制御因子の発現変化によりEGFRシグナルが増強され、パルス状活性の頻度が上昇すること、同時に基底状活性もEGFR依存性に変化することが示された。この結果は、腫瘍細胞の高いEGFR依存性を説明するものであり、ERK活性の動態の変化が腫瘍に特異的な性質を賦与すると考えられる。
腫瘍形成に加えて、EGFR-ERK経路の動態の変化は幹細胞の分化方向の制御にも重要であった。腸上皮ではある種の病原体の感染に際して、分泌系細胞への分化が促進されることで、細胞のダイバーシティーが変化する。この分化の際に、ERKのパルス状活性化の頻度が上昇すること、それによりAtoh1の発現が誘導されることで、分化が促進されることが分かった。従って、腸上皮ではERK活性の動態が組織の状態に応じて様々に変化し、そのことが細胞の増殖と分化、ひいては細胞社会のダイバーシティーの制御に重要であると考えられる。

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。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Analysis of Retinoic Acid Receptor Signaling in Colorectal Cancer2019

    • Author(s)
      Masamichi Imajo
    • Journal Title

      Methods Mol. Biol.

      Volume: 2019 Pages: 85-93

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-9585-1_6

    • ISBN
      9781493995844, 9781493995851
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Divergent Dynamics and Functions of ERK MAP Kinase Signaling in Development, Homeostasis and Cancer: Lessons from Fluorescent Bioimaging2019

    • Author(s)
      Yu Muta, Michiyuki Matsuda, Masamichi Imajo*
    • Journal Title

      Cancers

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 513-513

    • DOI

      10.3390/cancers11040513

    • NAID

      120006879513

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic ERK signaling regulation in intestinal tumorigenesis2018

    • Author(s)
      Yu Muta, Michiyuki Matsuda, Masamichi Imajo*
    • Journal Title

      Mol. Cell. Oncol.

      Volume: 5 Issue: 5 Pages: 1506684-1506684

    • DOI

      10.1080/23723556.2018.1506684

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Composite regulation of ERK activity dynamics underlying tumour-specific traits in the intestine2018

    • Author(s)
      Muta Yu、Fujita Yoshihisa、Sumiyama Kenta、Sakurai Atsuro、Taketo M. Mark、Chiba Tsutomu、Seno Hiroshi、Aoki Kazuhiro、Matsuda Michiyuki、Imajo Masamichi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2174-2174

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04527-8

    • NAID

      120006488609

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alterations of ERK activity dynamics underlying tumor-specific traits in the intestinal epithelium2019

    • Author(s)
      Masamichi Imajo, Yu Muta, Michiyuki Matsuda
    • Organizer
      The 38th Sapporo International Cancer Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 腸上皮における細胞増殖シグナルの動態とその生理的意義2019

    • Author(s)
      今城正道、牟田優、松田道行
    • Organizer
      文部科学省科学研究費補助金 新学術領域(研究領域提案型)細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御 第3回公開シンポジウム「1細胞統合解析を駆使した組織内ダイバーシティー解明への挑戦」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Composite regulation of ERK activity dynamics underlying tumor-specific traits in the intestine2018

    • Author(s)
      今城正道、牟田優、松田道行
    • Organizer
      第70回日本細胞生物学会 第51回日本発生生物学会 合同大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 京都大学ホームページ

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180605_2.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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