癌化・老化耐性ハダカデバネズミをモデルとした低酸素適応・代謝制御機構の探究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 26111006
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三浦 恭子 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 講師 (80583062)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南嶋 洋司 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任講師 (20593966) ; 杉浦 悠毅 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (30590202)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: ハダカデバネズミ / naked mole rat

Outline of Annual Research Achievements

（1）低酸素へのハダカデバネズミとマウス細胞の応答性の比較：これまで低酸素下での増殖の挙動がハダカデバネズミとマウス細胞で異なるという結果を得ていたが、ラインを増やして詳細な比較を行ったところ、有意な応答性の違いが見られなくなった。そこで方針を変更し、低酸素条件からの通常酸素への暴露（虚血再灌流傷害条件）を行ったところ、ハダカデバネズミ細胞で死細胞が非常に少ないという結果を得た。
（2）酸素消費速度の種間比較：ハダカデバネズミの培養条件（32℃ 5% O2）とマウスの培養条件（37℃ 20%O2）のそれぞれにおいて線維芽細胞の酸素消費量を比較したところ、どちらの条件においてもハダカデバネズミのほうが酸素消費量が少ないことが判明した。
（3）低酸素応答遺伝子の解析：遺伝子配列から、低酸素下でのハダカデバネズミHIF1αのタンパクの安定性が低いことが示唆されていたが、解析の結果、安定性はマウスと大差ないことが判明した。一方申請者らのこれまでの解析から、通常マウス・ヒトでは低酸素下で亢進するiPS細胞の樹立効率が、ハダカデバネズミでは逆に、低酸素下で樹立が完全に抑制されることが明らかになった。
（4）エネルギー代謝の種間比較：取得した肝臓・心臓におけるメタボロームデータの解析を進め、虚血耐性に関与すると考えられるマウスとの代謝産物の差を見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ハダカデバネズミは細胞レベルで虚血再灌流傷害への抵抗性をもつことが明らかになった。
また、ハダカデバネズミiPS細胞の解析により、低酸素においてもiPS細胞の樹立効率が上昇しないということが判明し、今後の解析により、低酸素応答性の違いによる新たなハダカデバネズミ特異的がん抑制機構の発見に繋がる可能性がある。Flux analyzerや質量分析を用いたエネルギー代謝解析についても順調に進展していることから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

・虚血再灌流条件での細胞の応答性の種間比較を更に進めた後、RNA-seq, メタボローム解析を行う。
・一般的に、低酸素下ではOct3/4を含む未分化マーカーが活性化し、体細胞のがん化および悪性化に寄与することが知られている。ハダカデバネズミでは低酸素への未分化マーカーの応答性が異なることでiPS細胞のみならずハダカデバネズミ個体のがん化耐性が制御される可能性もあるため、今後、未分化マーカー遺伝子に着目しつつ低酸素応答遺伝子の比較解析を更に進める。
・ミトコンドリア呼吸鎖の複合体I-Vの機能の種間比較を行う。

Research Products

• [Journal Article] 老化・がん化耐性研究の新たなモデル：ハダカデバネズミと長寿動物を用いた老化学 (2016)
  • Author(s): 岡 香織, 三浦恭子
  • Journal Title: 生化学 Volume: 88(1) Pages: 71-77
• [Journal Article] Tumour resistance in induced pluripotent stem cells derived from naked mole-rats (2016)
  • Author(s): Miyawaki S, Kawamura Y, Oiwa Y, Shimizu A, Hachiya T, Bono H, Koya I, Okada Y, Kimura T, Yoshihiro Tsuchiya, Suzuki S, Onishi N, Kuzumaki N, Matsuzaki Y, Narita M, Ikeda E, Okanoya K, Seino K, Saya H, Okano H & Miura K
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: -
  • DOI: 10.1038/ncomms11471
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ハダカデバネズミ 老化と腫瘍研究の新しいモデル (2015)
  • Author(s): 河村佳見,宮脇慎吾,大岩祐基,岡野栄之,三浦恭子
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66(6) Pages: 589-594
• [Journal Article] ハダカデバネズミの不思議－がんにならず長生きするには－ (2015)
  • Author(s): 宮脇慎吾,河村佳見,三浦恭子
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 530 Pages: 32-34
• [Journal Article] Inhibition of the oxygen sensor PHD2 in the liver improves survival in lactic acidosis by activating the Cori cycle. (2015)
  • Author(s): Suhara T, Hishiki T, Kasahara M, Hayakawa N, Oyaizu T, Nakanishi T, Kubo A, Morisaki H, Kaelin WG Jr, Suematsu M, Minamishima YA.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 112 Pages: 11642-11647
  • DOI: 10.1073/pnas.1515872112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] メタボローム解析 (2015)
  • Author(s): 南嶋洋司、久保亜紀子
  • Journal Title: 腎臓内科・泌尿器科 Volume: 2(2) Pages: 203-209
• [Journal Article] Mode of Bioenergetic Metabolism during B Cell Differentiation in the Intestine Determines the Distinct Requirement for Vitamin B1 (2015)
  • Author(s): Jun Kunisawa1, Yuki Sugiura1, Taichi Wake, Takahiro Nagatake, Hidehiko Suzuki, Risa Nagasawa, Shiori Shikata, Kurara Honda, Eri Hashimoto, Yuji Suzuki, Mitsutoshi Setou, Makoto Suematsu, Hiroshi Kiyono (1Co-first author)
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 13(1) Pages: 122-131
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.08.063
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Finding of thiosulfate pathway for synthesis of organic sulfur compounds in Saccharomyces cerevisiae and improvement of ethanol production (2015)
  • Author(s): Eri Funahashi, Kyohei Saiki, Kurara Honda, Yuki Sugiura, Yusuke Kawano, Iwao Ohtsu, Daisuke Watanabe, Yukari Wakabayashi, Tetsuya Abe, Tsuyoshi Nakanishi, Makoto Suematsu, Hiroshi Takagi
  • Journal Title: Journal of bioscience and bioengineering Volume: 120(6) Pages: 666-669
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.04.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Glycosaminoglycan as an energy source for pancreatic cancer cells. (2016)
  • Author(s): Shotaro Kishimoto*, Yoji Andrew Minamishima*, Noriyo Hayakawa and Makoto Suematsu (*Equally contributed)
  • Organizer: 10th AACR-JCA Joint Conference on Breakthroughs in Cancer Research: From Biology to Therapeutics.
  • Place of Presentation: Maui, Hawaii, U.S.A.
  • Year and Date: 2016-02-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アフリカの地下に住むハダカデバネズミ 老化耐性・がん化耐性の不思議 (2016)
  • Author(s): 三浦恭子
  • Organizer: 第24回京都大学地球環境フォーラム
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-02-06
  • Invited
• [Presentation] 質量分析による生体代謝プロファイリング技術の開発 (2016)
  • Author(s): 杉浦悠毅
  • Organizer: 酸素生物学・ダイイングコード合同若手会議
  • Place of Presentation: 一宮シーサイド大塚（千葉県・長生郡）
  • Year and Date: 2016-01-26 – 2016-01-28
• [Presentation] 低酸素応答によるCori回路の制御機構の解明肝臓における低酸素応答を標的とした新たな乳酸アシドーシスの治療法の開発 (2015)
  • Author(s): 壽原朋宏*、菱木貴子、笠原正貴、早川典代、小柳津智子、中西豪、久保亜紀子、森崎浩、William G. Kaelin Jr.、末松誠、南嶋洋司
  • Organizer: BMB2015（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: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] アフリカの奇妙な齧歯類“ハダカデバネズミ” がん化耐性・長寿の不思議 (2015)
  • Author(s): 三浦恭子
  • Organizer: BMB2015（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: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Inhibition of the oxygen sensor PHD2 in the liver improves survival in lactic acidosis by activating the Cori cycle (2015)
  • Author(s): Tomohiro Suhara*, Takako Hishiki, Masataka Kasahara, Noriyo Hayakawa, Tomoko Oyaizu, Tsuyoshi Nakanishi, Akiko Kubo, Hiroshi Morisaki, William G. Kaelin Jr., Makoto Suematsu, Yoji Andrew Minamishima
  • Organizer: 第3回低酸素研究会
  • Place of Presentation: 早稲田大学先端生命医科学センター（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-25
• [Presentation] 低酸素応答とミトコンドリアストレス (2015)
  • Author(s): 南嶋洋司
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 徳島市あわぎんホール（徳島県・徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Presentation] 肝臓における低酸素応答はCori回路の活性化を介して血中乳酸レベルを制御している (2015)
  • Author(s): 壽原朋宏、菱木貴子、笠原正貴、早川典代、小柳津智子、中西豪、久保亜紀子、森崎浩、William G. Kaelin Jr.、末松誠、南嶋洋司
  • 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(静岡県・三島市)
  • Year and Date: 2015-06-05
• [Presentation] Inactivating HIF-prolyl hydroxylase PHD2 in liver improves survival after lactic acidosis by activating Cori cycle (2015)
  • Author(s): Tomohiro Suhara, Takako Hishiki, Masataka Kasahara, Noriyo Hayakawa, Tomoko Oyaizu, Tsuyoshi Nakanishi, Akiko Kubo, Hiroshi Morisaki, Makoto Suematsu, Yoji Andrew Minamishima
  • Organizer: Keystone Symposia “Hypoxia: From Basic Mechanisms to Therapeutics (E3)”
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
  • Year and Date: 2015-05-14
  • Int'l Joint Research