低酸素ストレスに対するシステミックな生体応答機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 26111002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山本 雅之 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50166823)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 教郎 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (20447254)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 低酸素 / 遺伝子改変マウス / エリスロポエチン

Outline of Annual Research Achievements

動物個体において、各臓器への酸素供給は赤血球を介して営まれることから、赤血球産生量の調節は微小環境への酸素供給量の変動に直結する。骨髄における赤血球の分化増殖は、腎臓由来の造血因子エリスロポエチン（Epo）により促進されるが、肝臓を中心とした鉄代謝系にも大きな影響を及ぼす。本研究では、低酸素誘導性の赤血球産生系が多臓器における複数の生体調節機構が連携したシステミックな制御系であることに着目し、その分子メカニズム解明を目指している。そのために、（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析、（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析、（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析の３点について研究を展開してきた。
平成２７年度の研究では、エリスロポエチン遺伝子の腎臓特異的な制御領域が転写開始点上流域に広範囲にわたって散在することを明らかにした。この結果をもとに、腎臓におけるエリスロポエチン産生能が著しく低下した遺伝子改変マウスの作出を試みたところ、期待通りに成獣で重篤な貧血を呈するマウスを得た（論文投稿準備中）。また、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の発現制御機構を明らかにするために低酸素応答系因子群の遺伝子改変マウスの解析を行い、PHD2-HIF2経路の重要性を明らかにした（Souma et al, J Am Soc Nephrol）。この成果によって、PHD阻害剤による腎性貧血治療が有効であることを示すことができた。さらに、エリスロポエチン欠乏性貧血マウスの解析を行い、現在利用されている造血刺激製剤（ESA）の個体レベルでの作用機序を明らかにした（論文投稿中）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析では、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の制御領域を明らかにし、その機能解析まで行うことができた。また、制御因子の解析も行い、病態との関連を明らかにした。
（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析では、腎臓、骨格筋および肝臓における代謝産物と転写産物の網羅的解析を行い、とくに肝臓において特徴的な遺伝子発現様式を同定した。（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析では、ESAの作用機序を詳細に解析することができた。また、赤芽球におけるエリスロポエチンの標的遺伝子を網羅的に明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析では、エリスロポエチン遺伝子の制御領域と制御因子の詳細な解析を行い、分子メカニズムを明らかにする。そのために、腎エリスロポエチン産生細胞の単離培養技術を確立する。（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析では、慢性低酸素の肝臓において特異的に著しく発現誘導される遺伝子を同定したので、その機能解析を行う。（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析では、赤芽球におけるエリスロポエチンの標的遺伝子を網羅的に明らかにしたので、その制御機構と役割について遺伝子改変マウスを用いた解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Unique cistrome defined as CsMBE is strictly required for Nrf2-sMaf heterodimer function in cytoprotection. (2016)
  • Author(s): Otsuki A, Suzuki M, Katsuoka F, Tsuchida K, Suda H, Morita M, Shimizu R, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Free Radic Biol Med Volume: 91 Pages: 45-57
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.12.005
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Roles of renal erythropoietin-producing (REP) cells in the maintenance of systemic oxygen homeostasis. (2016)
  • Author(s): Suzuki N, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Pflugers Arch Volume: 468 Pages: 3-12
  • DOI: 10.1007/s00424-015-1740-2
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The NRF2-mediated gene regulation and glucose homeostasis. (2016)
  • Author(s): Yagishita Y, Uruno A, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Diabetes and Nutrition Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progenitor stage-specific activity of a cis-acting double GATA motif for Gata1 gene expression. (2015)
  • Author(s): Moriguchi T, Suzuki M, Yu L, Takai J, Ohneda K, and Yamamoto M
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 35 Pages: 805-815
  • DOI: 10.1128/MCB.01011-14
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of a functional antioxidant response element within the eighth intron of the human ABCC3 gene. (2015)
  • Author(s): Canet MJ, Merrell MD, Harder BG, Maher JM, Wu T, Lickteig AJ, Jackson JP, Zhang DD, Yamamoto M, and Cherrington NJ.
  • Journal Title: Drug Metab Dispos Volume: 43 Pages: 93-99
  • DOI: 10.1124/dmd.114.060103
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MAFG is a transcriptional repressor of bile acid synthesis and metabolism. (2015)
  • Author(s): de Aguiar Vallim TQ, Tarling EJ, Ahn H, Hagey LR, Romanoski CE, Lee RG, Graham MJ, Motohashi H, Yamamoto M, and Edwards PA.
  • Journal Title: Cell Metab Volume: 21 Pages: 298-310
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2015.01.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA methyltransferase 3a regulates osteoclast differentiation by coupling to an S-adenosylmethionine-producing metabolic pathway. (2015)
  • Author(s): Nishikawa K, Iwamoto Y, Kobayashi Y, Katsuoka F, Kawaguchi S, Tsujita T, Nakamura T, Kato S, Yamamoto M, Takayanagi H, and Ishii M.
  • Journal Title: Nat Med Volume: 21 Pages: 281-287
  • DOI: 10.1038/nm.3774.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Human GATA1 Gene Retains a 5' Insulator That Maintains Chromosomal Architecture and GATA1 Expression Levels in Splenic Erythroblasts. (2015)
  • Author(s): Moriguchi T, Yu L, Takai J, Hayashi M, Satoh H, Suzuki M, Ohneda K, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 35 Pages: 1825-1837
  • DOI: 10.1128/MCB.00011-15
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hypoxia Signaling Cascade for Erythropoietin Production in Hepatocytes. (2015)
  • Author(s): Tojo Y, Sekine H, Hirano I, Pan X, Souma T, Tsujita T, Kawaguchi S, Takeda N, Takeda K, Fong GH, Dan T, Ichinose M, Miyata T, Yamamoto M, and Suzuki N.
  • Journal Title: Mol Cell Biol 34, Volume: 35 Pages: 2658-2672
  • DOI: 10.1128/MCB.00161-15
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inter-Individual Differences in the Oral Bacteriome Are Greater than Intra-Day Fluctuations in Individuals. (2015)
  • Author(s): 16.Sato Y, Yamagishi J, Yamashita R, Shinozaki N, Ye B, Yamada T, Yamamoto M, Nagasaki M, and Tsuboi A.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0131607
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0131607
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] . An integrative approach to analyze microarray datasets for prioritization of genes relevant to lens biology and disease. (2015)
  • Author(s): 17.Anand D, Agrawal S, Siddam A, Motohashi H, Yamamoto M, and Lachke SA
  • Journal Title: Genom Data Volume: 5 Pages: 223-227
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Whole-body in vivo monitoring of inflammatory diseases exploiting human interleukin 6-luciferase transgenic mice. (2015)
  • Author(s): Hayashi M, Takai J, Yu L, Motohashi H, Moriguchi T, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 35 Pages: 3590-3601
  • DOI: 10.1128/MCB.00506-15
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The subcellular localization and activity of cortactin is regulated by acetylation and interaction with Keap1. (2015)
  • Author(s): 19.Ito A, Shimazu T, Maeda S, Shah AA, Tsunoda T, Iemura S, Natsume T, Suzuki T, Motohashi H, Yamamoto M, and Yoshida M.
  • Journal Title: Sci Signal Volume: 8 Pages: ra120
  • DOI: 10.1126/scisignal.aad0667.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amelioration of inflammation and tissue damage in sickle cell model mice by Nrf2 activation. (2015)
  • Author(s): 23.Keleku-Lukwete N, Suzuki M, Otsuki A, Tsuchida K, Katayama S, Hayashi M, Naganuma E, Moriguchi T, Tanabe O, Engel JD, Imaizumi M, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 112 Pages: 12169-12174
  • DOI: 10.1073/pnas.1509158112.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] LSD1/KDM1A promotes hematopoietic commitment of hemangioblasts through downregulation of Etv2. (2015)
  • Author(s): Takeuchi M, Fuse Y, Watanabe M, Andrea CS, Takeuchi M, Nakajima H, Ohashi K, Kaneko H, Kobayashi-Osaki M, Yamamoto M, and Kobayashi M.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 112 Pages: 13922-13927
  • DOI: 10.1073/pnas.1517326112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Erythropoietin Synthesis in Renal Myofibroblasts Is Restored by Activation of Hypoxia Signaling (2015)
  • Author(s): 2.Souma T, Nezu M, Nakano D, Yamazaki S, Hirano I, Sekine H, Dan T, Takeda K, Fong GH, Nishiyama A, Ito S, Miyata T, Yamamoto M, and Suzuki N.
  • Journal Title: J Am Soc Nephrol Volume: 27 Pages: 428-438
  • DOI: 10.1681/ASN.2014121184.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The mediator subunit MED16 transduces NRF2-activating signals into antioxidant gene expression. (2015)
  • Author(s): Sekine H, Okazaki K, Ota N, Shima H, Katoh Y, Suzuki N, Igarashi K, Ito M, Motohashi H and Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 36 Pages: 407-420
  • DOI: 10.1128/MCB.00785-15
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characterizations of Three Major Cysteine Sensors of Keap1 in Stress Response. (2015)
  • Author(s): Saito R, Suzuki T, Hiramoto K, Asami S, Naganuma E, Suda H, Iso T, Yamamoto H, Morita M, Furusawa Y, Negishi T, Ichinose M, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 36 Pages: 271-284
  • DOI: 10.1128/MCB.00868-15.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Keap1-Nrf2 system and diabetes mellitus. (2015)
  • Author(s): Uruno A, Yagishita Y, and Yamamoto
  • Journal Title: Arch Biochem Biophys Volume: 566C Pages: 76-84
  • DOI: 10.1016/j.abb.2014.12.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular basis of the Keap1-Nrf2 system (2015)
  • Author(s): Suzuki T, and Yamamoto M.
  • Journal Title: Free Radic Biol Med Volume: 88 Pages: 93-100
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.06.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Renal erythropoietin-producing cells in health and disease (2015)
  • Author(s): 6.Souma T, Suzuki N and Yamamoto M.
  • Journal Title: Front Physiol Volume: 6 Pages: 167
  • DOI: 10.3389/fphys.2015.00167
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EPO産生制御機構 (2015)
  • Author(s): 山本雅之, 鈴木教郎, 祢津昌広
  • Journal Title: 腎と透析 Volume: 79 Pages: 88-93
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Keap1-Nrf2 System: Potential Role in Prevension of Sickle Cell Disease and Inflammation (2015)
  • Author(s): Nadine Keleku-Lukwete, Mikiko Suzuki, Akihito Otsuki, Kouhei Tsuchida, Saori Katayama, Makiko Hayashi, Eriko Naganuma, Takashi Moriguchi, Osamu Tanabe, James Douglas Engel, and Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: 57th ASH Annual Meeting
  • Place of Presentation: Orland (USA)
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A stress-responsive transcriptional factor NRF2 activates hematopoietic stem cells. (2015)
  • Author(s): Shohei Murakami, Masayuki Yamamoto, Hozumi Motohashi.
  • Organizer: 57th ASH Annual Meeting
  • Place of Presentation: Orland (USA)
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトIL6 遺伝子モニターマウスを用いたin vivoイメージングによる炎症状態解析システムの開発とその利用 (2015)
  • Author(s): 林 真貴子, 高井 淳, 于 磊, 本橋 ほづみ, 森口 尚, 山本 雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 骨格筋におけるNrf2のグリコーゲン代謝制御機構 (2015)
  • Author(s): 宇留野晃、柳下陽子、山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] Keap1-Nrf2システムによるTrsp欠失マウス膵β細胞および視床下部の酸化ストレス防御機構 (2015)
  • Author(s): 柳下陽子、福富俊明、宇留野晃、山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 新規変異体創出によるストレスセンサーKeap1のシステイン残基の機能解明 (2015)
  • Author(s): 斎藤良太、平本圭一郎、浅見颯一郎、鈴木隆史、山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] ストレスセンサーKeap1のシステイン変異体ノックインマウスの機能解析 (2015)
  • Author(s): 浅見颯一郎、斎藤良太、平本圭一郎、鈴木隆史、山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] Nrf2はPten欠失による脂肪肝炎から肝臓がんの移行を促進する (2015)
  • Author(s): 田口恵子, 一戸理沙, 山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] エリスロポエチン遺伝子の腎特異的転写制御領域の解析と腎性貧血モデルマウスの樹立 (2015)
  • Author(s): 平野育生, 鈴木教郎, 祢津昌広, 関根弘樹, 相馬友和, 峯岸直子, 清水律子, 山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] GATA因子阻害は非エリスロポエチン産生細胞からの異所性エリスロポエチン発現を誘GATA因子阻害は非エリスロポエチン産生細胞からの異所性エリスロポエチン発現を誘導する (2015)
  • Author(s): 金子寛、佐谷秀行、山本雅之、清水律子
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] NRF2-MED16を介した抗酸化遺伝子群の転写活性化機構． (2015)
  • Author(s): 岡崎慶斗, 関根弘樹, 鈴木教郎, 加藤恭丈, 五十嵐和彦, 伊藤光宏, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • Organizer: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] Aryl hydrocarbon receptor activation in keratinocyte leads to atopic dermatitis-like lesion via artemin induction (2015)
  • Author(s): Takanori Hidaka, Eisaku Ogawa, Eri H Kobayashi, Takafumi Suzuki, Taku Fujimura, Setsuya Aiba, Ryuhri Okuyama, Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: 45th Annual Meeting of the European Society for Dermatological Research
  • Place of Presentation: Rotterdam (Netherland)
  • Year and Date: 2015-09-09 – 2015-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nrf2欠失ラットはアフラトキシンB1による肝毒性に対して脆弱である (2015)
  • Author(s): 田口恵子, 高久美咲, Thomas W. Kensler, 山本雅之.
  • Organizer: 第42回日本毒性学会学術年会
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂（金沢市）
  • Year and Date: 2015-06-29 – 2015-07-01
• [Presentation] Nrf2 regulates glucose metabolism-related genes. (2015)
  • Author(s): Yagishita Y, Uruno A, Katsuoka F, Funayama R, Nakayama K, Yamamoto M
  • Organizer: 27th Annyal UPCI Scientific Retreat
  • Place of Presentation: Pittsburgh. USA
  • Year and Date: 2015-06-18 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 造血因子エリスロポエチンの細胞系列特異的・低酸素誘導的発現制御機構 (2015)
  • Author(s): 鈴木教郎, 関根弘樹, 相馬友和, 東條裕, 袮津昌広, 宮田敏男, 山本雅之.
  • Organizer: 第13回がんとハイポキシア研究会
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（三島市）
  • Year and Date: 2015-06-05 – 2015-06-06
• [Presentation] Hypoxia signaling cascade for in vivo erythropoietin production. (2015)
  • Author(s): Norio Suzuki, Hiroki Sekine, Tomokazu Souma, Yutaka Tojo, Masahiro Nezu, Toshio Miyata, Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: Keystone Symposium on Hypoxia
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
  • Year and Date: 2015-05-12 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research