食道上皮におけるNrf2活性化維持機構の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K16466
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 堀内 真 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (90896086)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: Nrf2 / Keap1 / 食道上皮 / 細胞競合

Outline of Annual Research Achievements

食道上皮において細胞ごとにNrf2の活性化レベルは異なると考えられる。本研究の目的は、Nrf2の活性化と細胞競合・細胞相互作用の関係性を明らかにすること、それらNrf2の細胞競合と食道上皮の発癌の関係性を明らかにすることである。
Nrf2は定常状態ではKeap1によって抑制制御がかけられており、Keap1の欠失マウスはNrf2の活性化を維持することが知られている。ただし、食道上皮の一部の細胞にKeap1の欠失を誘導しても、Nrf2の活性化を食道組織内で維持することができないことが、これまでの我々のデータから明らかになっている。上記の理由として、Nrf2のもう一つの抑制系であるβTrCP系が働き、Nrf2を抑制したことが示唆されていた。
・実施状況
Keap1とβTrCP双方からの分解を受けないNrf2活性化マウスを作成したところ、Nrf2活性化は早々に消失した。これは、Keap1単独の欠失誘導マウスよりも早くNrf2活性化の消失が確認できている。つまり、細胞内でNrf2の活性化が抑制されたのではなく、Nrf2活性化細胞自体が排除されていることが示唆された。食道上皮の一部の細胞にKeap1の欠失を誘導したマウスの食道組織を免疫染色で観察すると、Keap1の欠失を誘導した細胞は基底層における接着因子であるCol17a1の発現が低下していることが明らかとなった。また、時間経過を追うごとにKeap1欠失細胞は食道上皮内から排除されていく様子が組織の免疫染色から確認された。故に、Nrf2活性化細胞は基底膜に居座ることができずに組織内から排除されることがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね仮説通りの結果が得られているため。

Strategy for Future Research Activity

Nrf2活性化細胞が組織から排除されることが明らかになりつつある。今後は、食道上皮の一部の細胞にKeap1の欠失を誘導したマウスの食道を用いて、Keap1が誘導されなかった細胞においてどの様な変化が引き起こされているかを解析する。具体的には免疫染色を利用して、Ki67などの細胞増殖マーカーを見ることで増殖能を、Keap1欠失細胞を排除に追いやる原因としての代謝マーカーなどを観察予定である。また、Single cell RNA seqを行うことで、Keap1欠失細胞とKeap1欠失が誘導されなかった細胞のキャラクターを網羅的に解析することを予定している。
最終的には上記の細胞競合のメカニズムが発癌にいかに関わってくるかを明らかにすることが、本研究の目的である。4-Nitroquinoline 1-Oxide (4NQO)を経口投与するマウスの食道発癌モデルを利用して、食道上皮の一部の細胞にKeap1の欠失を誘導したマウスで発癌過程を検証する。発癌を促すか否か、どの様な細胞が癌化しているか（Keap1欠失細胞か否か）を検証する。

Causes of Carryover

共同研究室である医化学分野の全面的な協力があり、実験機器の利用や薬剤の使用などの面で、想定よりも予算を使用せずに実験が進んでいる状況がある。今後はSingle cell RNA seqなどの高額な実験が控えているため、さらなる助成金の使用が想定される。