2018 Fiscal Year Research-status Report
肥満と老化による代謝変化を慢性炎症に変換する新規病態制御機構の解析
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17K08879
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
緒方 正人 三重大学, 医学系研究科, 教授 (60224094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹林 慎一郎 三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (50392022)
大隈 貞嗣 三重大学, 医学系研究科, 助教 (70444429)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 慢性炎症 / 代謝症候群 / 細胞老化 / MAPキナーゼ / エピゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生活習慣病やがんなどに慢性炎症が関わること、また、肥満が脂肪組織の慢性炎症を生じることや、細胞老化が老化随伴分泌現象によって炎症環境を提供することが示されてきている。従って、肥満や老化が慢性炎症を介して生活習慣病やがんなどの疾患と関連する可能性が考えられる。肥満や細胞老化が慢性炎症に至る機構は完全には解明されていないが、糖代謝系の遺伝子異常がエピジェネティックな機構を介してがん化を生じることや、糖尿病の高血糖に伴いエピゲノム変化が生じることから肥満や老化における代謝変化がエピゲノム変化を介して慢性炎症に影響を及ぼし、それが疾患の原因や増悪因子になる可能性が考えられる。
昨年度に細胞老化研究に応用可能なことを確認した老化促進Klothoモデルマウスを用いて、慢性炎症環境が病態に関わる可能性を検討した。p38 MAPキナーゼ経路は炎症を促進し、老化随伴分泌現象にも関わると報告されている。そこでこのモデルマウスにp38 MAPキナーゼの阻害剤を投与したところ、平均寿命、最大寿命がともに延長され、この経路が慢性炎症を介して老化関連病態に関与する可能性が示された。
一方、老化細胞のin vitro解析では、昨年度RBが糖代謝系の変化やエピゲノム変化を引き起こすことを示した。今後細胞老化の代謝変化がゲノム構造にどのように影響を及ぼすかを解析する必要があり、そのため単一細胞で遺伝子構造の変化を網羅的に検出できる新手法を開発した。DNAの複製は多くの複数起点から様々なタイミングで開始されるが、DNA複製開始やフォークの進行が協調して制御される染色体単位があり、複製ドメイン構造を取っている。ゲノム機能に関わる構造変化を、複製ドメインの変化としてとらえることができ、今後この手法を用いることで、限られた数の細胞からゲノム構造変化を網羅的に明らかにできると期待される。
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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
昨年度のKlothoマウスの解析では、いくつかの臓器で細胞老化の関連遺伝子p16発現が上昇することを見出し、老化随伴分泌現象を介して慢性炎症環境が生じている可能性が示された。今年度はこの知見の上に立ち、p38 MAPキナーゼ経路の関与を阻害剤の投与で検討したところ、平均寿命や最大寿命がともに延長される結果を得た。これは、Klothoマウスの老化や寿命にp38 MAPキナーゼ経路が関わることを示すと同時に、p38 MAPキナーゼ経路が老化随伴分泌現象と関わると報告されていることと合わせて、慢性炎症の病態への関与を示唆するものといえる。以上から、今後この実験系を用いて老化と慢性炎症、エピゲノム変化の関連を検討する基盤が確立できた。
エピゲノム変化そのものの解析については、よく用いられるクロマチン免疫沈降アッセイ（ChIPアッセイ）などで網羅的に解析しようとすると多数の細胞を必要とする。このことは、マウス臓器等から回収した少数の細胞でエピゲノム変化を網羅的に解析しようとする場合に問題となる。そこで、単一細胞から、複製ドメイン構造の変化をゲノムワイドに検出できる新手法を開発した。この手法は、複製途中にある細胞からDNAを回収し、試験管内で増幅後含まれるDNA断片のコピー数を次世代シークエンサーで解析するものである。このようにして明らかになったゲノムの複製ドメインは、他のゲノムの構造や機能ドメインともよく重なる。よって、複製ドメインの変化から、ゲノムの構造や機能に関わる変化を知ることができ、この新手法によって、本研究で必要となる限られた数のサンプル細胞からゲノム構造変化の網羅的解析を行う見通しを立てることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
老化の慢性炎症への影響を解析するためのモデルとしてKlothoマウスが使用できる見通しが立ったが、今後さらに各臓器の老化や炎症性サイトカイン発現などについても解析を進める。また、それらに対するp38 MAPキナーゼ経路の関わりを解析するため、阻害剤投与の影響も検討する。昨年度作成したストレプトゾトシン投与によるI型糖尿病モデルマウスについても解析を進める予定である。
我々は老化細胞を用いた試験管内の実験で、RBが糖代謝経路の変化を生じることを明らかにした。また、RBのノックダウンによって細胞老化随伴分泌現象が促進されることを明らかにし、RBが細胞老化随伴分泌現象に抑制的に働くことを示した。さらに、ヒストンやDNAのメチル化の基質になるS-アデノシルメチオニンが老化細胞でヒストンH3K9メチル化に関わることを明らかにしている。糖代謝が細胞老化随伴分泌現象に影響を及ぼす機構としては、下記を考えている。すなわち、糖代謝経路と関連するセリンは、一炭素回路、メチル回路を経てメチル基を受け渡しS-アデノシルメチオニン産生に影響を及ぼす。S-アデノシルメチオニンは、ヒストンやDNAのメチル化の基質になるため、その変化が細胞老化随伴分泌現象に関わる遺伝子のエピゲノム制御に影響を及ぼしていると考えられる。この仮説を検討するためには、老化細胞における代謝や細胞老化随伴分泌現象に関連する遺伝子の発現解析、代謝産物の濃度の測定、メチオニン欠乏やS-アデノシルメチオニン添加により細胞内S-アデノシルメチオニン量を操作した際の細胞老化随伴分泌現象関連遺伝子のエピゲノム変化や発現レベルの変動等を検討する必要がある。その一部は既に着手しており、予備的結果が得られつつある。
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