2021 Fiscal Year Research-status Report
脂質変化とエンドソーム変化を介する水素投与によるストレス耐性獲得機構の解明
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21K11690
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Geriatric Hospital and Institute of Gerontology |
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Principal Investigator |
池谷 真澄 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 研究員 (60644359)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素 / 麻酔薬 / セボフルラン / アポトーシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素分子(H2)には抗酸化・抗炎症効果による疾患改善効果・予防効果があることが知られているが、その作用機序は未解明な部分が多い。我々は分子メカニズムの一端として、神経芽細胞にH2を１時間与すると一過的なリン脂質構成や代謝変化、酸化ストレスの発生等を誘導し、エンドソーム輸送の遅延が起こることを見いだし、H2投与により脂質膜構造と機能が変化したと推察した。我々はH2に曝されることによって起こる脂質変化・エンドソーム変化と疾患改善効果・予防効果の分子メカニズムの関係性について明らかにし、この研究成果により、H2の最適投与法を予測する為の基礎確立を本研究の目的としている。吸入麻酔薬は、脂質膜構造を変化させて麻酔効果を発揮すると考えられているが、H2と同じく直接的な作用分子に関しては不明な部分が多い。吸入麻酔薬のセボフルランはマウスなどの齧歯類の新生仔の脳において細胞死の一種であるアポトーシスを引き起こすが、0.5~1.3%濃度のH2の同時吸引によってそのアポトーシスが抑制されることが知られている。そこで、我々はH2とセボフルランの作用機序に相互連関があると考え、セボフルランによる脳細胞のアポトーシスに対するH2の影響を、新生仔マウスを用いて検証した。H2濃度を1~16%までふって新生仔マウスに投与したところ1~8%濃度でセボフルランによるアポトーシスを抑制し、16%では抑制効果を得られなかった。このことからH2ガスの最適投与濃度は1~8%である可能性が示唆された。また、セボフルランによるアポトーシスは脳梁膨大後部皮質で顕著であるが、アポトーシスを起こした細胞の大部分は神経幹細胞であることが分かり、Ｈ２によりアポトーシスが抑制されていた。更にアポトーシスに関わる様々な分子が水素により抑制されていることが明らかになってきている。
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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
水素を細胞に投与すると一過的な構成リン脂質の増加、エネルギー代謝の低下や酸化ストレス発生が見られるということを論文化した。また、in vivoの実験でマウスにセボフルランとＨ２を同時投与するとセボフルランによって誘導される脳の脳梁膨大後部皮質におけるアポトーシス抑制されるが、アポトーシス抑制に適した水素濃度が1~8%程度であることが分かった。セボフルランによってアポトーシスが起こる細胞は主に神経幹細胞であるということが分かり、更に水素によるアポトーシス抑制にいたるシグナル伝達経路も明らかになりつつある。以上のことからおおむね順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
動物実験が先行しているので、H2がアポトーシスシグナル抑制に関わる伝達経路を明らかにし、論文としてまとめる予定である。以降は動物実験で得た結果をもとに細胞実験を進めていく。予定としては、①H2曝露によるエンドソームの変化とストレス耐性の関係を調べる：酸化ストレス発生時に初期エンドソームとミトコンドリアが接触して細胞保護に働くことが知られていることから、H2曝露1時間後の細胞においても接触が見られるか、免疫染色などによって調べる。②H2曝露による細胞内シグナル伝達の変化を調べる：H2曝露によって上昇が見られたホスホイノシチドの下流シグナルについて、免疫染色法、ウェスタンブロット法などにより調べる。③H2曝露による膜変化を調べる： H2投与後の細胞膜においてラフト面積の増大が見られるか、G-STED顕微鏡を用いて観察する。各々の実験においてセボフルランと同時にH2投与した場合の変化も解析し、セボフルランの作用機序との関係性も調べる。
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| Causes of Carryover |
予算執行率は約７割であった。遠隔地の学会がリモート学会だったため宿泊費などがかからなかったことと、動物実験が中心で、培養関係の試薬購入がす少なかったため。次年度は引き続き動物実験を行うのと同時に、培養実験の条件検討を行うために多く使用する。
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| Remarks |
（１）は令和3年度科学技術週間参加行事として、2021年4月30日に東京都健康長寿医療センターの公式チャンネルにおいて公開されました。アクセス件数は2022年5月10日時点で15,807回です。
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