Elucidation of new functions of branched-chain amino acids using intestinal organoids as a functional evaluation system

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05459
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38050:Food sciences-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: Hattori Kazuo 東京農業大学, 応用生物科学部, 教授 (10385495)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 腸管オルガノイド / 腸管幹細胞 / 分岐鎖アミノ酸 / バリン / アポトーシス / 小胞体ストレス / wnt/β-カテニン

Outline of Final Research Achievements

Using intestinal organoids, we found that only valine (Val) deficiency among branched-chain amino acids reduced the number of intestinal stem cells (ISCs) by suppressing self-renewal and enhancing apoptosis. The RNA-seq-based Gene Ontology analysis suggested that the damage to ISCs caused by Val deficiency is due to increased endoplasmic reticulum stress and inactivation of Wnt/β-catenin signaling. In addition, the changes observed in the intestinal organoids were reflected in the intestinal tract of mice fed a valine-deficient diet. In conclusion, these results reveal a new function of Val and suggest the usefulness of intestinal organoids as a functional evaluation system for ISCs.

Free Research Field

食品機能学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、(1) 分岐鎖アミノ酸の中で、Valの欠乏だけが腸管幹細胞数を減少するという興味深い現象を見出し、Valが幹細胞の維持に重要な役割を有すること、(2) 幹細胞数の減少の要因として、小胞体ストレスの亢進とWnt/β-カテニンシグナルの不活性化が関与していることを示唆したことである。さらに本研究では、Val欠乏食を与えたマウスの腸管での変化が、腸管オルガノイドで認められた変化と同様であることを示した。この結果は、腸管オルガノイドが腸管幹細胞の機能性評価系として有用であることを示し、腸管オルガノイドが動物に替わる実験系となりうる可能性を示唆した点が本研究の社会的な意義である。