2021 Fiscal Year Research-status Report
細胞膜の損傷修復により誘起される細胞老化のWhole body解析
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19K21598
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
森山 陽介 沖縄科学技術大学院大学, サイエンステクノロジーグループ, サイエンス・テクノロジーアソシエイト (00452532)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 恵子 沖縄科学技術大学院大学, 膜生物学ユニット, 准教授 (30632723)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞膜損傷 / PDL / 膜修復 / 細胞周期 / 細胞老化 / ホスファチジルセリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請の研究目的は、細胞膜が損傷し修復されること自体が、膜修復後の細胞周期に影響を与えることを証明した上で、その機序を培養細胞を用いて明らかにすることである。また、この膜損傷と修復に伴う細胞周期の変化の影響は全身に影響が及ぶことから、膜損傷による膜構造の変化と遺伝子の発現変動を指標にマウスの全臓器/器官から特にキーとなる臓器や組織を探索することである。以上を踏まえ全身での膜損傷に由来する細胞周期の変化や意図せぬ停止をコントロールする手法を探索することを本申請を萌芽とする研究の究極的な目標としている。
当該年度の研究実績としては、本研究でみられる細胞周期の変化についてマーカータンパク質の発現と全mRNAの転写パターンの経時的な変化の解析を行い、細胞膜損傷にひきつづく3日間がRNAの転写パターンの大きな変化を伴わないがその後の細胞周期の恒久的な停止を招くことになる重要な時期であることがわかった。さらにその後の転写パターンの網羅的解析からは、多くの遺伝子群がドラスティックに変化し、細胞の増殖能を変化させるとともに細胞老化の表現型を示すようになった。
転写ネットワークの詳細な解析から細胞膜損傷と細胞周期および細胞老化を結びつける重要な最上流転写因子の候補を得ているほか、この初期の3日間において細胞学的な解析から細胞老化を誘導すると推測される2点の現象を見出している。これらの連関を念頭に膜損傷が細胞老化を誘導する機構を時系列を踏まえて明らかにすることは、体内での老化細胞の未知の出現機構を理解し膜損傷に対する応答機構の制御を通じた細胞老化の抑制というフロンティアを開拓すると考えている。
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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
当該年度に予定していたのは既知の細胞老化の遺伝子パスウェイのどのキー遺伝子に膜損傷からのシグナルが入力されるか特定することであり、これは網羅的かつ詳細な転写解析により、膜損傷により細胞老化が誘導されるにいたる最上流の転写因子候補を特定したことから大きな成果が得られたと言える。これには線維芽細胞を用いた粘り強い条件検討により膜損傷から細胞老化に至る最適な実験系を完成させたこと、形態や構造に基づいた表現系の変化に応じたタイムポイントの試料を高い純度で用意したことがタンパク質発現解析および次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析に大きく寄与した。また、線維芽細胞を用いては、DNA損傷による細胞老化と本研究との差異の比較についても、特に老化が誘導される初期に大きな違いを見いだしている。
膜損傷による細胞老化の特異的なマーカー遺伝子の発現をマウス個体での全身において検討することも計画していたが、こちらは新型コロナウイルスによる度重なる職場閉鎖や家庭保育、work from homeにより達成できなかった。このコロナ禍は申請時には予期せぬものであり、可能な範囲で計画は達成したので順調に計画を進めたと判断するが、計画の総合的な達成を目指すために補助事業期間延長の申請を行い、未達部分を実行することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞膜損傷が細胞老化を誘導する最上流の転写因子については、引き続きその機能や発現パターンの解析を行うとともに、DNA損傷や複製老化などの他の細胞老化での発現についても比較し細胞老化のマスターレギュレーターの可能性を明らかにしていく。これにはその転写因子およびその下流の細胞周期に関連するシグナル伝達系について遺伝子導入、遺伝子抑制などを細胞/組織を用いて行い、細胞老化の抑止ができることで実証していく。
マウス全身についての膜損傷由来老化細胞の検出と観察については、上記と並行していくつかのマーカー遺伝子候補について行っていくが、それとともに膜損傷に伴う2点の特徴的な細胞学的現象も検出・観察していき、複数の指標からマウス個体の加齢に伴う始原老化細胞の出現部位を特定していきたい。これはマウスの個体/器官レベルで行い、組織透明化と組織化学染色の組み合わせを用いる。
膜損傷を受けた細胞や組織での電子顕微鏡による超微細三次元細胞構造観察を予定していたが、上記の指標については電子顕微鏡レベルの分解能が必要でないかわりに膜損傷からの時間分解能の高い観察を繰り返し行う必要があるため、共焦点顕微鏡や広視野顕微鏡を主に用いることを予定している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスによる度重なる職場閉鎖や家庭保育、work from homeにより一部計画が実行不可能であったため、補助事業期間延長の申請を行い、培養細胞やマウス個体を用いて膜損傷による細胞老化に特異的な細胞学的現象およびマーカータンパク質の発現、局在を明らかにしていく。
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Research Products
(3 results)
