生体機能チップを用いた腸管感染症における病原体-ヒト相互作用の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21KK0135
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野崎 智義 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (60198588)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 菜月 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (00883323) ; サントス ハルベルト・ヒメネス 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (90793779)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: 感染症 / 大腸 / 原虫 / 赤痢アメーバ / 宿主応答

Outline of Annual Research Achievements

ヒト臓器・組織を忠実に再現する生体機能チップと高解像度ライブイメージング、シングルセルトランスクリプトーム解析を用いて、赤痢アメーバ原虫による大腸感染症における病原体と宿主の相互作用（組織侵入と免疫回避）の分子基盤、特に原虫側病原機構(貪食や小胞輸送など)の関与を、高空間・時間分解能をもって解明することを目的とする。本研究では、これまでインビトロで示唆された貪食・小胞輸送を基軸とした病原機構・因子がインビボで実際に機能しているのかを実証する。インビボを忠実に再現した多様な細胞群で3次元構築されたヒトの生体機能チップを用い、赤痢アメーバの病害過程、特に大腸上皮細胞への接着、貪食、上皮細胞の破壊、陰窩・粘膜固有層への侵入を観察する系を確立し、原虫とヒト大腸組織との相互作用を原虫側の病原機構・分子の役割、ヒト側の組織の免疫応答、両者の遺伝子発現制御の観点から明らかにする。初年度はコロナパンデミックにより共同研究機関への渡航ができなかったが、渡航の準備、ヒト臨床検体を用いるための倫理申請などを開始し、次年度の活動の準備をおこなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ほぼ予定通り研究が展開されている。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降は以下の研究を計画している。
(1) Colon-on-a-chipの確立:大腸癌切除検体から陰窩を分離し、細胞をコラーゲンを基盤としたトランスウェルインサートに添加し、モノレーヤーとcolon-on-a-chipを作製する。次に幹細胞を吸収性結腸細胞と粘液産生性杯細胞へと分化させ、極性をもったcolon-on-a-chipを作製する。細胞種由来の抗原に対する特異抗体を用いて、細胞の極性等を確認する。
(2) 赤痢アメーバ感染におけるorgan-on-a-chipの宿主応答の解析:赤痢アメーバ野生型を用いてヒトorgan-on-a-chipの障害、分泌される炎症性サイトカインの産生を計測する。またシングルセルRNA-seq解析により、ヒトcolon-on-a-chipと赤痢アメーバ両者の遺伝子発現プロファイルを明らかにする。
(3) organ-on-a-chip上での感染過程における病原体鍵因子の動態の解析:ライブイメージングにより赤痢アメーバの貪食過程、病害性因子システインプロテアーゼの分泌を詳細に観察する。GFPに融合したAGCK1/2、Vps26/29/35、CP-A5などを発現した赤痢アメーバ株を用いて、大腸組織侵入に伴う細胞内動態をライブイメージングで追跡する。
(4) organ-on-a-chip上での感染過程における病原体鍵因子の関与の証明:ライブイメージングで上記AGCK1/2等の発現抑圧株を用いて、粘液層・陰窩への侵入、上皮細胞・粘膜下層の破壊に機能しているかを明らかにする。更に(2)と同様に、発現抑制株による感染で炎症性サイトカインの産生、遺伝子発現プロファイルを解析する。本研究成果は今後様々な感染症研究分野に応用が可能であり、次世代の研究において不可欠なプラットフォームの国内での確立、若手研究者の国際競争力の育成に資すると期待される。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症により、予定していた渡航ができなくなり、それに伴い試薬も購入しなかったため。次年度に持ち越す。