2018 Fiscal Year Research-status Report
腸上皮幹細胞が備える環境応答プログラムとその生理的意義の解明
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18K06929
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今城 正道 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (00633934)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 腸上皮幹細胞 / 分泌系細胞分化 / 感染応答 / Atoh1 / EGFR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
腸上皮は、細菌やウイルスの感染、腸管内容物による損傷など、外環境からの刺激に絶えず曝されており、これら様々な刺激が腸上皮幹細胞の機能に影響することが知られている。例えば、ある種の病原体（寄生虫や細菌等）が感染すると、幹細胞による腸上皮の更新が加速され、また幹細胞の分化方向も粘液を分泌する杯細胞へと偏ることで、病原体の排除や補足が促進される。これらの現象は、環境刺激に応じて幹細胞の機能が調節され、それにより腸上皮の恒常性が維持されることを示しているが、その背景にある分子機構については未解明の部分が多く残されている。そこで本研究では、様々な環境刺激に対して腸上皮幹細胞がどのように応答し、それが腸上皮の恒常性にどのように寄与するのか解明することを目指している。この目的を達成するために、昨年度は感染応答における腸上皮幹細胞の分泌系細胞への分化の制御機構に焦点を当てて研究を行った。その結果、この分泌系細胞分化の過程ではNotch経路の活性低下を介してERK MAPキナーゼの活性化の頻度が上昇することを見出した。このERKの活性化は、EGFR阻害剤によって抑制されたことから、分泌系細胞分化の過程ではEGFR活性の促進を介してERK活性が増強されると考えられる。重要なことに、EGFRもしくはERKの阻害は、腸上皮の主要な分泌系細胞（杯細胞、パネート細胞、腸内分泌細胞）への分化を抑制した。従って、ERKの活性化頻度の上昇が分泌系細胞への分化に必要だと考えられる。この詳細な分子機構を解明するために、マイクロアレイを用いて分化過程でEGFR依存的に発現が誘導される遺伝子群を同定した。その結果、分泌系細胞分化に必要な多数の遺伝子の発現にEGFRが必要であることを見出している。今後これらの遺伝子の機能を解析することで、感染応答時の腸上皮幹細胞の機能制御を担う機構の一端を解明したいと考えている。
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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
昨年度の研究では、感染応答時の腸上皮幹細胞の分泌系細胞への分化を制御する機構に焦点をあてて研究を行った。その結果、分泌系細胞への分化過程では、EGFRシグナルの増強を介して、ERK活性化の頻度が上昇することを見出した。そこで、EGFR-ERK経路の活性を阻害したところ、杯細胞やパネート細胞、腸内分泌細胞への分化に、この経路の活性化が必要であることが示された。通常、正常な組織更新過程ではERK経路は主に細胞増殖の促進を担っており、分泌系細胞への分化に必要だという今回の研究結果は予想外のものであった。そこで、ERKによる分化促進の詳細な分子機構を明らかにするために、マイクロアレイを用いた解析により分化過程においてEGFR依存的に発現する遺伝子群を同定した。その結果、分泌系細胞への分化に必要な多数の遺伝子（Atoh1, Spdef, Neurod1等）の発現にEGFR-ERK経路が必要であることを見出している。以上の結果は、腸上皮の感染応答過程においてEGFR-ERK経路が腸上皮幹細胞の分泌系細胞への分化を誘導することを示しており、環境刺激に対する腸上皮幹細胞の新たな応答機構を解明する成果だと考えている。このように、これまで全く未知であった腸上皮幹細胞の環境応答機構の一端を解明するなど、着実に研究が進展しており、今後さらに詳細な分子機構の解明が見込まれることから、当該年度の研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように、昨年度の研究では感染応答時の腸上皮幹細胞の分化方向を制御する新たな機構としてEGFR-ERK経路の活性化が重要であることを明らかにした。特にマイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現解析により、この経路によって発現が制御される遺伝子群を既に同定している。そこで今後の研究では先ず、これらの遺伝子群のプロモーター解析やパスウェイ解析を行い、EGFR-ERK経路の活性化を遺伝子発現変化へと結びつけるシグナル伝達分子や転写因子を予測し、それらの因子の機能解析を行う予定である。特に、分泌系細胞への分化過程ではAtoh1という転写因子がマスターレギュレーターとして働くと考えられており、この因子の発現がEGFR-ERK経路によって制御されることを見出している。そこで今後の研究でも、EGFR-ERK経路を介したAtoh1の制御機構を詳細に解析したいと考えている。また分泌系細胞分化の過程でEGFRシグナルがどのように促進されるのかについても、分化過程で発現が変化したEGFR制御因子を中心に解析する。また、環境刺激への応答過程では、EGFR-ERK経路以外の様々なシグナル伝達経路の活性も変化すると考えられることから、これらの経路の活性変動とその意義を最新の生体イメージング技術等を用いて解析する。これらの解析により、腸上皮の環境応答における幹細胞の制御機構を解明し、その機構の異常がどのように腸疾患と関わるのか明らかにしたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究では腸上皮幹細胞の応答を制御する機構のうち、特にEGFR-ERK経路の機能について予想以上の進展があり、そちらを優先して解析した結果、他の経路の機能解析等を次年度以降に行うこととなった。そのため、それに必要な経費も次年度に使用することとなった。研究計画の順序変更によるものであり、根本的に研究計画を変更した訳ではないため、次年度以降に未使用額を執行する予定である。
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Research Products
(6 results)
