2019 Fiscal Year Research-status Report
腸管上皮組織の細胞極性依存的な抗酸化ストレス応答とその制御機構
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19K07061
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
矢野 環 東北大学, 薬学研究科, 准教授 (50396446)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 腸管上皮細胞 / Ref(2)P/p62 / 活性酸素種 / beat-Ib |
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| Outline of Annual Research Achievements |
腸管上皮組織は経口摂取された病原体の体内への侵入を防ぐ物理的、免疫学的バリアとして機能している。腸管上皮細胞によって分泌される活性酸素種は病原体に対して殺菌的に機能するが、同時に上皮細胞にも損傷を与え、その修復が適切に行われることが腸管バリア機能の維持に重要である。我々はこれまでに、ショウジョウバエ腸管をモデル系として検討し、腸内細菌に対して分泌された活性酸素種による腸管上皮細胞の損傷により、細胞極性に応じてRef(2)P/p62構造体がシグナルプラットフォームとして形成され、その結果Hippo経路の不活化による細胞非自立的な腸管幹細胞の分裂促進がおきることを明らかにしてきた。本研究は、このRef(2)P/p62構造体形成機構、およびこの損傷応答が過剰に起こることによる腸管バリア機能破綻の機構解析が目的である。
令和元年度は、本研究の基盤となるゲノム網羅的スクリーニングを、活性酸素種として過酸化水素、活性酸素種産生誘導剤としてパラコートを用いた2通りで行い、どちらも常染色体の95%以上を網羅、それぞれ、31、61遺伝子を同定した。これらの遺伝子は腸管上皮細胞におけるオートファジー機能不全がおこす損傷応答、あるいは過剰な応答によるバリア機能破綻に関与すると考えられる。本年度はさらに、両スクリーニングで同定された因子の、腸管上皮組織の損傷応答における機能について検討した。その結果、Immunoglobulin-likeドメインを有する膜貫通型因子beat-Ibが活性酸素種の刺激依存的に生じるRef(2)P/p62構造体形成に必須であり、過酸化水素の経口摂取に対する個体としての抵抗性に機能していることを示し、投稿論文として報告した。
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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
本研究では、腸管上皮細胞においてRef(2)P多量体シグナルプラットフォームが活性酸素種依存的に形成される機構、および、ウイルス感染等の際に産生される活性酸素種によって起きる腸管バリア機能破綻の機構の2点の解明を中心に遂行する。
令和元年度は、両項目の解析にあたり注目すべき新規因子の探索のためゲノム網羅的解析を行い、合計92遺伝子を同定した。さらに組織学的検討により、これらの遺伝子が腸管損傷応答においてRef(2)Pシグナルプラットフォーム形成に必要であるかを検討し、少なくとも14遺伝子を絞り込んだ。さらにそのうち、Immunoglobulin-likeドメインを有する膜貫通型因子beat-Ibに注目して解析を行った。その結果、腸管上皮細胞におけるbeat-Ibは活性酸素種に対する個体としての抵抗性に必須であること、Ref(2)P多量体の形成には必要ないものの、下流シグナルの活性化に必要であることを明らかにした。したがって、腸管上皮細胞におけるbeat-Ib機能欠損は、損傷応答である幹細胞分裂の誘導が不十分なために致死性を生じさせていることが明らかとなり、これを投稿論文として発表した。
腸管損傷応答においてRef(2)P構造体形成に必要と考えられる因子群には、アクチン、ミオシンとその構造制御を担う因子が含まれていた。そこで腸管上皮細胞におけるアクチン繊維網を検討したところ、上皮細胞の管腔側にアクトミオシンが繊維網を形成しており、この繊維網は活性酸素種刺激によって消失することを見いだした。また、アクチン繊維網形成に機能する因子cappuccinoが活性酸素種による損傷依存的なRef(2)Pシグナルプラットフォーム形成に重要であることを示した。これらは、損傷に基づく細胞の移動や細胞間結合の消失が損傷シグナルの起点となっている可能性を示唆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の項目1については、計画以上の進展を達成した。また、ゲノム網羅的探索により、研究開始時に予想していた以上の種類の膜貫通型因子が損傷の感知や、損傷応答の活性化に寄与していることが明らかになってきている。そのため、それらの因子の相互作用を含め、計画以上に集中して検討を行っていく。特に、本年度に成果発表したbeat-Ib以外にも同定されているImmunoglobulin-likeドメインを有する因子群の機能解析を、機能している細胞種、それぞれの因子の相互作用等に注目し、遺伝学的、免疫組織学的手法を用いて解析する。
Ref(2)Pシグナルプラットフォーム形成とそれによるシグナル活性化機構については、Ref(2)Pと相互作用する因子群の同定と機能解析を遂行する。また、相互作用ドメインを解析し、巨大な構造体を形成する機構を明らかにする。
さらに、スクリーニングで得られているロイシンリッチリピートを有する因子についても、損傷応答における機能を解析する。
項目2である腸管上皮バリア機能の維持とその加齢や感染による破綻については、計画通りの進捗となっている。そのため計画に準じた推進を行う。具体的には、ゲノム網羅的スクリーニングの結果を参考にし、それらの因子のウイルス感染時、および加齢時におけるバリア機能破綻への関与を検討する。加齢時においては、上皮細胞の細胞接着部位に注目すると共に、腸内細菌叢の変化とそれによる活性酸素種依存的損傷にも注目して検討を行う。
これらの研究で得られる成果を学会発表、および投稿論文として速やかに発表する。
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| Causes of Carryover |
生じた次年度使用額は4,312円と全体の1%以下であるが、端数として余剰であったので次年度使用にする。次年度経費と合わせて、本年度の成果の結果に基づく組織学的検討に必要なショウジョウバエの飼育費、ショウジョウバエ変異体の入手に要する通信費、組織学的検討に要する試薬、プラスチック機器類、ショウジョウバエの麻酔剤等のための物品費、成果発表のための旅費、論文投稿費に使用する。
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Research Products
(5 results)
