2017 Fiscal Year Research-status Report
Optical control of MAPK signaling for understanding of cell-fate decision mechanisms
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16K07304
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
冨田 太一郎 東邦大学, 医学部, 講師 (70396886)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | MAPK / 細胞死 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、細胞の増殖や分化、細胞死などの機能制御を担うMAPキナーゼ(MAPK)に着目し、特に生細胞内でp38,JNK,ERKなどのMAPK活性化を光照射依存的に誘導する光学的MAPK活性操作を実現する新手法を確立し、これを用いてMAPKの動的な挙動ががん細胞の増殖や細胞死などの生理機能に果たす役割を明らかにすることを目的としている。平成29年度は前年度までに作成して得た、光操作用の候補コンストラクトを癌由来培養に導入して、光照射パターン依存的なMAPK活性の操作を行いながら、同時に、MAPK活性を可視化する実験を行った。これまでに、p38経路においてフォトトロピン分子と上流キナーゼとの融合分子が光照射依存的にp38活性を上昇させることを見出していたため、この候補コンストラクトを導入した癌由来培養細胞に断続的な光照射を加えながら、その結果生じるp38活性化を試験した。その結果、特にHeLa細胞において、中心波長470nmの青色光照射を用いると、光照射に伴ってp38レポータの活性化が生じることが確認された。そこで次に、その可逆性を検討したところ、光照射の中断に伴ってp38活性は経時的に低下し、また、その後同じ細胞に再度の光照射を行うと再びp38活性が上昇し、少なくとも初回の刺激と同程度の活性化が維持されることが、p38レポータを用いた定量イメージング実験により明らかになった。
また、内在シグナルの時間変動を理解する目的に、定量イメージング法でMAPK動態解析を行ったところ、HeLa細胞系では、特にIL-1bで刺激を行った場合に、先行研究で明らかにしているp38活性変動(Tomida,Nat.Comm.2015)に類似する刺激頻度依存的な応答がJNK経路にも生じることが確認された。また阻害剤解析によりp38下流のシグナルを介してp38とJNK活性が連動することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度は、癌由来培養細胞レベルでの光学的な分子活性操作と可視化実験系の実現を目標として行い、p38MAPK経路活性化のコンストラクトを作成して概ねこれを達成した。これは上流キナーゼの光依存的な活性化誘導に基づくものであるが、ほぼ共通の制御によりERKとJNKも活性化されるため、ERKおよびJNK経路についても同様の操作方法を実行することにより光操作の実現が可能である。また、本年度は、ストレス応答の細胞機能制御を担うJNKシグナルの動態について解析を行い、IL-1bによる細胞増殖、細胞死誘導の系において、先行研究で報告しているp38経路との類似点および相違点を明らかにすることができた。以上の成果から、本研究の主目的とする光学的なMAPK誘導系の確立とこれを用いたMAPK動態と細胞機能との対応解明にむけて、当初の予定に沿って順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降、増殖刺激および抗がん剤などの細胞死誘導刺激を与えた細胞内のMAPKの動的変動がどのように細胞機能と対応するかを解明することを狙う。また、光操作によりMAPKシグナルの動的変動に摂動を加えて、これを検証する。
これまでの内在JNKシグナルのイメージング解析において、HeLa細胞をモデルに、増殖と分化を担うp38とJNKの動的な制御が経路間で連動する可能性が明らかになってきた。特に、JNK経路は持続的な活性化によって細胞死を生じる可能性が従来指摘されているが、この調節にp38の下流シグナルが関与する可能性が今回の研究から明らかになってきた。そこで、増殖因子あるいは抗がん剤などのストレス刺激でMAPK活性を誘導しながら同時にMAPK光操作を行ってMAPK活性化動態を変化させ、細胞機能にどのような変化を生じるかを解明する。
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| Causes of Carryover |
業者が不定期に行うキャンペーンを利用して消耗品および試薬を割引で購入したために、残額を生じた。一方で、次年度の計画に必要な抗体などの試薬類および光学消耗品は当初計画時よりも値上がりしており、差額はこれに充当する。
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