2019 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of compression-induced ATP release in head and neck carcinoma
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19K10019
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| Research Institution | Nippon Medical School |
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Principal Investigator |
高田 弘弥 日本医科大学, 医学部, 准教授 (30824833)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | メカノバイオロジー / ATP-Ca2+シグナリング / 振動圧刺激 / ヒト喉頭癌細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空気と食物の通過路である頭頸部領域の粘膜上皮細胞は、発声や摂食によって繰り返して機械刺激が負荷されると、細胞膜や細胞骨格が変形（伸展、振動、圧縮）してその内部にメカニカルストレスが生じる。このストレスは細胞膜や細胞骨格（および連結する接着装置）に分布する様々なメカノセンサーに感知されたのち、対応する化学信号に変換され、さらに細胞内シグナル伝達系を介して細胞の分裂・分化・運動など種々の細胞機能を調節する。これら調節機構が破たんすると制御不能な細胞増殖を引き起こし、頭頸部疾患の病態に影響していると考えられる。このため、メカニカルストレスに起因する頭頸部疾患における病態形成の機序を解明することは重要な課題とされてきた。しかしながら、頭頸部疾患の病態形成に関与するメカニカルストレスの感知機構についてはほとんどが未解明のままである。
本研究では、ヒト喉頭癌細胞(Hep2)に対する頭頸部運動を模した振動圧刺激の感知機構を明らかにし、がんを含む頭頸部疾患に対する新たな治療戦略への応用を模索することに学術的な意義がある。
頭頸部領域におけるメカノストレスの影響を明らかにするために、われわれが独自に開発した非接触で超音波圧刺激を照射できるデバイスを用いて、頭頸部運動を模した気流・振動を再現し、ヒト口腔粘膜・ヒト咽頭粘膜由来の上皮細胞に照射した際のメカノストレス応答としてATP-Ca2+シグナリングに注目する。
本研究の目的は、異なる振動周波数や照射強度のメカノストレス応答の解析からメカニズムの全容解明に迫り、メカニカルストレスを応用した治療の可能性も模索し、より効率的で簡便な新規治療の確立を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ヒト喉頭癌細胞(Hep2)において1 Hz振動圧刺激を負荷した場合、その間、細胞内でCa2+濃度の上昇と下降をくり返すCa2+オシレーション（細胞内カルシウムイオンの反復的な振動）が観察された。1 Hz振動圧刺激（90.6 Pa）によるCa2+応答の経時変化に対し、1 Hz、すなわち1秒間の伸展刺激（一方向に20%）によるCa2+応答の経時変化を比較した。
振動圧刺激による細胞内Ca2+オシレーションの代表的なトレース（それぞれ応答した個々の細胞での測定値（n = 12）、すなわち、Ca2+応答を蛍光強度で検出）から、振動圧によるCa2+応答はゆっくりと減衰し、振動圧を停止すると極端に横ばいになった。振動圧負荷2分間に9回程度の高頻度振動という典型的な細胞応答例が観察された。一方、1 Hz振動圧刺激に対して1 Hz単回20%伸展刺激では、一過性の細胞内Ca2+濃度上昇という異なる応答が観察された。
それぞれの刺激に対する細胞内Ca2+オシレーション、一過性の細胞内Ca2+濃度上昇に関して実験デザインおよび再現性確認に多くの時間を要したため、細胞内Ca2+濃度変化がメカニズムについての検討は遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒト喉頭癌細胞(Hep2)に対する1 Hz振動圧刺激や1秒間の伸展刺激（一方向に20%）による特徴的なCa2+応答（それぞれCa2+オシレーションと一過性のCa2+濃度上昇）が観察された。
それぞれの刺激に対する細胞内Ca2+濃度変化の作用機序について、さらに上流のメカニズムを検討する。
まず、Hep2細胞にATPを投与した場合の応答性を確認する。次に、その薬理学的な阻害を検討する。ATP阻害剤（分解酵素やATP受容体阻害剤）やカルシウムチャネル阻害剤を添加した時の影響を観察する。
同時にヒト喉頭癌細胞(Hep2)に1 Hz振動圧刺激や1秒間の伸展刺激（一方向に20%）を付加した場合の細胞外ATP放出についてリアルタイムイメージング観察を行い、以下について検証する。
１）がん細胞を活性化する過剰な振動圧刺激の条件（振動周波数・照射圧強度・照射時間など）のスクリーニング
２）それを抑制する作用機序を検討する
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| Causes of Carryover |
エキスパートによる指導に関する予定（謝金使用）がエキスパートの都合で立たず、次年度へ延期となったため。
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