ずり応力によるiPS細胞由来血管内皮細胞の形態変化に伴う細胞機能・応答機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K10769
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: 栗田 二郎 日本医科大学, 医学部, 病院講師 (20421183)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新田 隆 日本医科大学, 大学院医学研究科, 研究生 (40256954)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シェアストレス / NF-κB / ユビキチンプロテアソーム / 血管内皮細胞

Outline of Annual Research Achievements

本研究において、培養ウシ大動脈内皮細胞を拍動性の有無を追加した層流性または乱流性のずり応力を与え、細胞増殖や分化に関与するMARK経路や免疫炎症反応の中心的役割を果たすNF-κB経路、またHippo経路におけるユビキチンプロテアソームシステム(YPS)の関与に関する研究を行ったので報告する。
本研究の目的は、血流パターンの違いから見た血管内皮細胞の細胞応答の変化を検証することである。シェアストレス回路はpararell plate flow chambersシステムを用いて細胞を(1)定常層流、(2)一方向性拍動流、そして(3)二方向性拍動流(乱流)の3種類のシェアストレスに一定期間曝した。また、プロテアソー ム系の関与を調べるために、プロテアソームインヒビター(MG132)を付加の有無について比較した。(3)はstaticな状態に くらべ、有意にIκBαが活性化されていた。一方で、(1)、(2)に関しては有意差は認めなかった。これにより(3)の乱流のみNF-κBを活性化させることが分かった。さらにリン酸化されたIκBαに関しては(1)や(2)の層流も(3)の乱流も変化は無かったが、トータル量としては(3)の乱流は有意にIκBαが減少していた。さらに、この乱流によるIκBαの減少が、YPSによるものかどうかを調べるために、MG132を用いて比較したところ、MG132は乱流下のみにおいて引き起こされたtotal-IκBaの減少を阻害しており、一方で、層流では有意差はなかっ た。つまり、YPSが、乱流によって惹起されたIκBaの分解に関与していることが分かった。
この研究で、乱流がIkBaの分解を誘発し、NF-κBを活性化させること。また、そのIκBaの分解はYPSによるものであると判明した。一方で、層流はYPSを逃れて、NF-κBの不活性化に寄与していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

iPS細胞由来血管内皮細胞の採取、培養に関して環境的制限と、COVID-19の世界的流行が本実験の催行に影響を及ぼしている。今後、環境が整い次第、追加実験を行い、報告をまとめる。

Strategy for Future Research Activity

この研究で、disturb flowがIκBαの分解を誘発し、NF-κBを活性化させること。また、そのIκBαの分解はユビキチンプロテアソームシステムによるものであると判明した。一方で、uniform flowはユビキチンプロテアソーム分解システムを逃れて、NF-κBの不活性化に寄与していることが推測された。さらにiPS細胞由来血管内皮細胞における実験を継続し、この推察についての検証と、再生細胞の機能の恒常性に関して比較検討を行なっていく予定である。

Causes of Carryover

当初よりも計画が遅れ、内皮細胞の生着、および実験モデル確立に多くの時間を要した。COVID-19の世界的流行により予定通りの遂行が困難であったため、今後、１年の延長申請を行った上で、追加実験を継続し、フローモデルの機材の消耗器材の購入、学会報告への諸費用に用いながら論文作成に至る過程で研究費を使用する予定である。