2021 Fiscal Year Research-status Report

Identification for exercise-induced secretion of microvesicles, exerkine from adipose-derived stem cells

Research Project

Project/Area Number	21K17557
Research Institution	Doshisha University
Principal Investigator	加藤久詞同志社大学, 研究開発推進機構, 特別研究員 (30780275)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	脂肪由来幹細胞 / エクソソーム / 細胞外小胞 / マイクロRNA / 運動トレーニング / AMPKシグナル / インスリンシグナル
Outline of Annual Research Achievements	近年,脂肪由来幹細胞(ADSC）から分泌されるエクソソームによる全身へのパラクリン効果が注目されている。そこで本研究は，肥満を基盤とする生活習慣病の予防・改善に有効な手段である運動の健康増進効果を包括的に理解するために「マイクロRNAを含むエクソソームに着目した細胞間クロストークの解明」を目的としている。本年度は，ADSCから分泌されるエクソソーム由来のマイクロRNA（Exosomal-miRNA）が運動によって影響を受けるか否かをマイクロRNAの網羅的解析により検討した。被験動物にはWistar雄性ラットを用い，非運動（SED）群と運動トレーニング（TR）群を設定し，9週間の持久的走運動トレーニングを実施した。TRプロトコルは，トレッドミルを傾度5°に設定し，走行時間は最大９０分，走行速度は最大30m/minとした。最後のTRから24時間以上経過した後に解剖を行い，対象となる皮下脂肪組織を鼠蹊部から採取し，コラゲナーゼ処理にて単離した間質血管細胞群からADSCを回収した。その後，ADSCの培養上清からエクソソームを精製し，ADSCのExosomal-miRNAに及ぼすTRの影響をマイクロアレイ解析により網羅的に検討した。その結果，SED群と比較して，TR群では，2つのmiRNAsが有意に上昇し，9つのmiRNAsが有意に減少することが明らかになった。有意に変化したmiRNAsを対象にKEGGパスウェイ解析を実施したところ，AMPKシグナル伝達経路やインスリンシグナル伝達経路が上位に検出された。これらの経路は，脂肪組織や骨格筋においてTRによって活性化することが知られており，運動による健康増進効果の作用機序として，ADSC由来のExosomal-miRNAが関与することが示唆された。その一方で，直接的な関与は全くの不明であるため，今後さらなる検討が必要である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度の研究計画は，ADSCから分泌されるエクソソーム由来のマイクロRNA（Exosomal-miRNA）が運動によって影響を受けるか否かをマイクロRNAの網羅的解析により検討することであり，実際に本年度の研究は「研究の目的・計画」に沿って，順調に遂行された。その結果，11個のExosomal-miRNAが運動トレーニングの影響を受けることが明らかとなり，さらにKEGGパスウェイ解析により，運動によって活性化することが知られているAMPKシグナルやインスリンシグナルが上位に検出された。今後は，これら11個のExosomal-miRNAを対象に，他臓器・他細胞への影響や作用機序の解明に取り組む予定である。以上より，当初の「研究の目的」の達成に有用な知見を得たことから，研究の達成度は「おおむね順調に進展している」とした。
Strategy for Future Research Activity	今後は，非運動トレーニング（SED）群および運動トレーニング（TR）群のADSCを用いた共培養実験を実施し，他細胞との細胞間相互作用の検証，さらには本年度明らかとなった運動によって有意に変化した11個のExosomal-miRNA（候補"Exerkine"）を対象に，機能解析実験に取り組む予定である。 (1)他細胞との共培養実験：運動の適応機構がよく知られている筋細胞および脂肪細胞を対象に，非運動トレーニング（SED）群および運動トレーニング（TR）群のADSCとの共培養実験を実施する。AMPKシグナル経路やインスリンシグナル経路などを中心に検討し，TR群のADSCとの共培養によって，運動効果を再現したような適応を見せるか否かを検証する。 (2)TRで有意に変化したExosomal-miRNA（候補"Exerkine"）の機能解析：TRによって有意に変化した１１個の候補"Exerkine"を対象に，それぞれのmiRNAのターゲットとなる遺伝子をデータベースから特定する。これらのデータを基盤に，筋細胞や脂肪細胞を対象にmiRNAのmimicおよびinhibitor実験を実施し，候補"Exerkine"の機能解析を試みる。以上，1年目の研究で得られた結果を元に，解析を進めていく予定である。