低酸素シグナルが拓く生活習慣病の新しい病態制御

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 26111003
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 南学 正臣 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (90311620)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 合田 亘人 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00245549) ; 武田 憲彦 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (40422307)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 内科 / ストレス / 生活習慣病 / 低酸素シグナル

Outline of Annual Research Achievements

飛田班との共同で、イリジウム錯体修飾物を有機ルミネッセンスプローブとして利用した臓器の酸素化の評価方法の確立に成功した。この方法を用いて、腎臓のリアルタイムイメージングによる腎臓の酸素分圧測定を行い、様々な疾患モデル動物において、腎臓の酸素分圧が変化することを見出した。
更に、低酸素依存性のエピジェネティックな遺伝子発現調節機構解明のため、腎臓が低酸素状態となる疾患モデル動物に対しヒストン修飾酵素に作用する化合物を投与することにより、病態の変化を解析中である。
また、肝臓の酸素・エネルギー代謝の解析のため、肝臓特異的HIF-1α遺伝子欠損マウスを用い、肝糖新生の制御にかかわる細胞膜結合タンパク質のNrg1とGpnmbを見いだした。本知見は、糖尿病と肝低酸素応答システムを繋ぐ分子メカニズムとして重要であると考えている。また、公募班の松本らと連携しつつ、質量分析計を用いて、PHDにより認識されうると考えられる候補核内タンパク質の水酸化修飾の解析に取り組んでいる。
生活習慣病の病態に関わるマクロファージおよび肝細胞において、低酸素環境下におけるミトコンドリア呼吸の低下と解糖系への代謝シフトの分子機構を解析し、低酸素環境下での解糖系代謝シフトがHIF-1を介するピルビン酸脱水素酵素誘導により引き起こされる事を明らかにした。興味深いことに、解糖系への代謝シフトはマクロファージの炎症局所への遊走において必須に役割を果たしていることを同定し報告した。
更に、三浦班と共同でハダカデバネズミおよびマウス初代細胞の解析を開始している。低酸素環境下、および温度制御下での細胞内代謝機構を計測する評価系を確立した。マウスおよびデバネズミ細胞におけるグルコース代謝、ミトコンドリア活性につきデータ取得を開始している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

新規酸素分圧測定プローブの開発、生活習慣病に関わるマクロファージおよび肝細胞における低酸素応答としての代謝シフトの機構解明について、論文化することが出来た。また、低酸素応答システムを欠損させたマウスを用いて、糖尿病の進展にかかわる新しい分子を同定し、病態形成における新しい低酸素応答の意義を示すことができており、ほぼ予定どおり進んでいる。
少し遅れていた質量分析計を用いた低酸素エフェクター分子の解析も順調に走り始めており、遅れは取り戻せたと判断している。
デバネズミ細胞における細胞内代謝については、デバネズミの交配に時間を要しており、当初の予定より若干の遅れを認めている。現在、デバネズミの交配は進めており、徐々に予定の遅れは取り戻せている。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた知見に基づいて、低酸素依存性のエピジェネティックな遺伝子発現調節機構解明を進め、更にそれをターゲットとした新規治療法の探索を行うとともに、肝臓特異的HIF-1α遺伝子欠損マウスを用いて、糖尿病と肝低酸素応答システムを繋ぐ分子の新しい機能解析を進める。また、PHDの標的核内タンパク質の同定を目指し解析を加速させる一方、同定された場合にはその分子の低酸素応答の生物作用の解明に取り組む。
マクロファージにおけるHIF-1αの挙動につき、引き続き網羅的解析を行う。またマクロファージに引き続き、心筋細胞における代謝シフトの役割について解析を進める。
マウス、ハダカデバネズミの皮膚線維芽細胞を用いて、引き続きその細胞内代謝における酸素、温度の影響を解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Uppsala University(Sweden)
  • Country Name: Sweden
  • Counterpart Institution: Uppsala University
• [Journal Article] Heterozygous deletion of Sarcolipin maintains normal cardiac function. (2016)
  • Author(s): Shimura D, Kusakari Y, Sasano T, Nakashima Y, Nakai G, Jiao Q, Jin M, Yokota T, Ishikawa Y, Nakano A, Goda N, Minamisawa S.
  • Journal Title: Am J Physiol Heart Circ Physiol. Volume: 310 Pages: H92-H103
  • DOI: doi: 10.1152/ajpheart.00411.2015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low Cardiac Output Leads Hepatic Fibrosis in Right Heart Failure Model Rats. (2016)
  • Author(s): Fujimoto Y, Urashima T, Shimura D, Ito R, Kawachi S, Kajimura I, Akaike T, Kusakari Y, Fujiwara M, Ogawa K, Goda N, Ida H, Minamisawa S.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Pages: e0148666
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0148666
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HIF-1α-PDK1 axis induced active glycolysis plays an essential role in macrophage migratory capacity. (2016)
  • Author(s): Semba H, Takeda N, Isagawa T, Sugiura Y, Honda K, Wake M, Miyazawa H, Yamaguchi Y, Miura M, Jenkins D, Choi H, Kim JW, Asagiri M, Cowburn AS, Abe H, Soma K, Koyama K, Katoh M, Sayama K, Goda N, Johnson RS, Manabe I, Nagai R, Komuro I.
  • Journal Title: Nat commun. Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Redox-sensitive transient receptor potential channels in oxygen sensing and adaptation. (2016)
  • Author(s): Mori Y, Takahashi N, Polat OK, Kurokawa T, Takeda N, Inoue M.
  • Journal Title: Pflugers Arch Volume: 468 Pages: 85-97
  • DOI: doi: 10.1007/s00424-015-1716-2
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Circadian clock and the onset of cardiovascular events. (2016)
  • Author(s): Takeda N, Maemura K.
  • Journal Title: Hypertens Res. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: doi: 10.1038/hr.2016.9.
• [Journal Article] nnate Response to Human Cancer Cells with or without IL-2 Receptor Common γ-Chain Function in NOD Background Mice Lacking Adaptive Immunity. (2015)
  • Author(s): Nishime C, Kawai K, Yamamoto T, Katano I, Monnai M, Goda N, Mizushima T, Suemizu H, Nakamura M, Murata M, Suematsu M, Wakui M.
  • Journal Title: J Immunol Volume: 195 Pages: 1883-1890
  • DOI: doi: 10.4049/jimmunol.1402103
  • Peer Reviewed
• [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 SI, Takeda N, Takeda K, Fong GH, Dan T, Ichinose M, Miyata T, Yamamoto M, Suzuki N.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 35 Pages: 2658-2672
  • DOI: doi: 10.1128/MCB.00161-15
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quantitating intracellular oxygen tension in vivo by phosphorescence lifetime measurement. (2015)
  • Author(s): Hirakawa Y, Yoshihara T, Kamiya M, Mimura I, Fujikura D, Masuda T, Kikuchi R, Takahashi I, Urano Y, Tobita S, Nangaku M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 5 Pages: 17838
  • DOI: doi: 10.1038/srep17838
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inflammation and hypoxia linked to renal injury by CCAAT/enhancer-binding protein δ. (2015)
  • Author(s): Yamaguchi J, Tanaka T, Eto N, Nangaku M.
  • Journal Title: Kidney Int Volume: 88 Pages: 262-275
  • DOI: doi: 10.1038/ki.2015.21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of clock genes and circadian rhythm in the development of cardiovascular diseases. (2015)
  • Author(s): Takeda N, Maemura K.
  • Journal Title: Cell Mol Life Sci Volume: 72 Pages: 3225-3234
  • DOI: doi: 10.1007/s00018-015-1923-1
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Epigenetics of Renal Disease (2016)
  • Author(s): Nangaku M.
  • Organizer: 15th Asian Pacific Congress of Nephrology
  • Place of Presentation: Perth, Australia
  • Year and Date: 2016-09-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of novel drugs targeting renal hypoxia and anaemia. (2016)
  • Author(s): Nangaku M.
  • Organizer: 53rd European Renal Association/European Dialysis and Transplantation Association
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-05-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] HIF-1α - Pdk1 axis induced metabolic reprogramming critically regulates macrophage function in inflammatory conditions (2016)
  • Author(s): Semba H, Takeda N, Isagawa T, Wake M, Abe H, Soma K, Koyama K, Katoh M, Manabe I, Nagai R, Takeshi Yamashita, Komuro I
  • Organizer: 第80回日本循環器学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] HIF-1α - PDK1 axis induced active glycolysis plays an essential role in macrophage migratory capacity (2016)
  • Author(s): Takeda N, Semba H, Isagawa T, Abe H, Sugiura Y, Honda K, Wake M, Kim JW, Soma K, Koyama K, Katoh M, Johnson RS, Manabe I, Nagai R, Komuro I
  • Organizer: Keystone symposium; Immunometabolism in immune function and inflammatory disease
  • Place of Presentation: Alberta, Canada
  • Year and Date: 2016-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of Ly6Chi monocytes hypoxia signaling in cardiac remodeling (2016)
  • Author(s): Abe H, Takeda N, Semba H, Soma K, Koyama K, Wake M, Katoh M, Manabe I, Nagai R, Komuro I
  • Organizer: Keystone symposium; Immunometabolism in immune function and inflammatory disease
  • Place of Presentation: Alberta, Canada
  • Year and Date: 2016-02-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] M1マクロファージの集積遷延は腫瘍内血管の未熟化を引き起こす (2015)
  • Author(s): 相馬桂 武田憲彦 砂河孝行 安部元 仙波宏章 小山雄広 和氣正樹 加藤愛巳 真鍋一郎 永井良三 小室一成
  • Organizer: 第23回日本血管生物医学会学術集会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-12
• [Presentation] Roles of macrophages hypoxia signaling in pressure overload-induced cardiac remodeling (2015)
  • Author(s): Abe H, Takeda N, Semba H, Soma K, Koyama K, Wake M, Katoh M, Manabe I, Nagai R, Komuro I
  • Organizer: 第32回国際心臓研究学会日本部会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-10
• [Presentation] りん光寿命測定を用いた腎臓尿細管細胞内分圧の測定 (2015)
  • Author(s): 平川陽亮、吉原利忠、神谷真子、三村維真理、田中真司、田中哲洋、浦野泰照、飛田成史、南学正臣
  • Organizer: 第３８回日本分子生物学会年会・第８８回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] HIF-1α;-PDK1を介する解糖系代謝シフトがマクロファージ遊走能を促進する (2015)
  • Author(s): 武田憲彦
  • Organizer: 第３８回日本分子生物学会年会・第８８回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] 低酸素とTGF-βは、下流にある IGFBP3 を介して、尿細管上皮細胞に apoptosis を誘導する． (2015)
  • Author(s): 串田夏樹、野村征太郎、藤田隆教、三村維真理、南学正臣、油谷浩幸
  • Organizer: 第３８回日本分子生物学会年会・第８８回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 炎症プロセスにおけるマクロファージ細胞内代謝調節機構の役割 (2015)
  • Author(s): 武田憲彦
  • Organizer: 脳心血管抗加齢研究会2015
  • Place of Presentation: 大阪梅田スカイビル（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Invited
• [Presentation] Quantitating Intracellular Oxygen Tension in Kidney by Phosphorescence Lifetime Measurement. (2015)
  • Author(s): Yosuke Hirakawa, Imari Mimura, Toshitada Yoshihara, Mako Kamiya, Yasuteru Urano, Seiji Tobita, Masaomi Nangaku.
  • Organizer: The 49th Annual Meeting of the American Society of Nephrology
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxidative Stres and Kidney Injury. (2015)
  • Author(s): Nangaku M.
  • Organizer: The 49th Annual Meeting of the American Society of Nephrology
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-11-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Palmitate Exacerbates Renal Anemia: Suppression of Renal Erythropoietin Production via Endoplasmic Reticulum Stress. (2015)
  • Author(s): Reiko Inagi, Thitinun Anusornvongchai, Yu Ishimoto, Akira Okada, Norio Suzuki, Masayuki Yamamoto, Masaomi Nangaku.
  • Organizer: The 49th Annual Meeting of the American Society of Nephrology
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2015-11-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of intracellular oxygen concentration in diabetic kidney by phosphorescence lifetime measurement. (2015)
  • Author(s): Hirakawa Y, Mimura I, Yoshihara T, Kamiya M, Tanaka S, Tanaka T, Inagi R, Urano Y, Tobita S, Nangaku M.
  • Organizer: Keystone Symposia: Diabetes: New insights into molecular mechanisms and therapeutic strategies.
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Palmitate suppresses EPO production via ER stress in renal EPO producing cells. (2015)
  • Author(s): Anusomvongchai T, Tanaka S, Hirakawa Y, Suzuki n, Yamamoto M, Nangaku M, Inagi R.
  • Organizer: Keystone Symposia: Diabetes: New insights into molecular mechanisms and therapeutic strategies.
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 腎不全に至る共通経路と高血圧の役割 (2015)
  • Author(s): 南学正臣
  • Organizer: 第３８回日本高血圧学会総会
  • Place of Presentation: 愛媛県県民文化会館（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2015-10-11
  • Invited
• [Presentation] HIF-1αを介する解糖系代謝シフトはマクロファージ遊走能を促進する (2015)
  • Author(s): 武田憲彦
  • Organizer: 第19回酸素ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 東京女子医科大学 健保会館（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] Perivascular accumulation of M1 macrophages elicits the development of immature vascular formation. (2015)
  • Author(s): Soma K, Takeda N, Isagawa T, Abe H, Semba H, Koyama K, Wake M, Manabe I, Nagai R, Komuro I
  • Organizer: ESC Congress2015
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 2015-09-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hypoxia induced metabolic reprograming in macrophages. (2015)
  • Author(s): Takeda N.
  • Organizer: An International Symposium on Oxygen Biology
  • Place of Presentation: 早稲田大学 先端生命医科学センター/TWIns（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低酸素シグナルを介する心血管病態治療の可能性 (2015)
  • Author(s): 武田憲彦
  • Organizer: 第47回日本動脈硬化学会総会学術集会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-07-09
  • Invited
• [Presentation] AKI-to-CKD: epidemiology and pathogenesis. (2015)
  • Author(s): Nangaku M.
  • Organizer: Shanghai International AKI-CRRT Forum
  • Place of Presentation: Shanghai, China
  • Year and Date: 2015-07-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 腎性貧血とHIF (2015)
  • Author(s): 南学正臣
  • Organizer: 第60回日本透析医学会学術集会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-06-27
  • Invited
• [Presentation] Hypoxia as a new therapeutic target in CKD. (2015)
  • Author(s): 南学正臣
  • Organizer: 第５８回日本腎臓学会学術総会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-06-06
  • Invited
• [Presentation] Development of novel drugs targeting CKD: hypoxia, oxidative stress, and epigenetics. (2015)
  • Author(s): Nangaku M.
  • Organizer: 52nd European Renal Association/European Dialysis and Transplantation Association
  • Place of Presentation: London, UK
  • Year and Date: 2015-05-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Roles of Macrophages Hypoxia Signaling in Pressure Overload Induced Cardiac Remodeling (2015)
  • Author(s): Abe H, Takeda N, Semba H, Soma K, Koyama K, Wake M, Manabe I, Nagai R, Komuro I.
  • Organizer: 第79回日本循環器学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-04-24 – 2015-04-26
• [Funded Workshop] 国際低酸素シンポジウム（CARPEDIEMと共催） (2015)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-07-29 – 2015-07-29