2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24390200
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
石川 義弘 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40305470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅村 将就 横浜市立大学, 医学部, 助教 (50595353)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 自律神経 / 心機能制御 / cAMP / カテコラミン / 分子 |
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| Research Abstract |
本研究では、アデニル酸シクラーゼによって産生されるcAMPが、下流で制御する新規Ｇ蛋白調節因子（Epac）の役割をPKAと比較しつつ、cAMPシグナルネットワーク」として心機能・保護作用の調節の観点から、関連因子とともに網羅的に検討した。Epacは30年ぶりに同定されたPKA以外のcAMPの新規標的分子であり、RapなどのＧ蛋白制御など様々な細胞機能において役割を果たす。本研究によってcAMPシグナルネットワークの心臓における役割を明らかにすることができた。重要課題の一つが、PKAによるフォスフォランバンのリン酸化の調節メカニズムであり、我々はこの制御はPKA だけではおこらず、Epacが必須の役割を果たしている事を確立した。これまではEpacを選択的に刺激することが不可能であったため、このメカニズムが発見されなかったと考えられる。本研究での最大の特徴は、Ｅｐａｃを欠損させた動物と、Ｅｐａｃを心臓特異的に過大発現させた動物モデルを使用できたことである。欠損および過大発現によって、同分子の心筋細胞内シグナルにおけるストイキオメトリーの重要性が解明されている。アデニル酸シクラーゼによって産生されるcAMPは、無秩序に下流の標的分子であるPKAあるいはEpacを活性化するのではなく、関連蛋白の発現量の変化や細胞内局在性により、細胞死の制御も含めて異なる役割を果たすとの予備データもとられている。これは心臓におけるcAMPシグナルネットワークの多様性な分子メカニズムとしての意義を実証するものであり、心不全をはじめとする各種心疾患に対する新しい治療法の開発を促すことになると結論付けられる
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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
計画初年度に得られた結果を基にして、平成２５年度は、Epacによるフォスフォランバンのリン酸化に関与するキナーゼの種類の同定を行うことができ、これにより様々なキナーゼのサブタイプ別の重要性を検討することができた。とりわけキナーゼサブタイプが、Ｅｐａｃを介した細胞内カルシウムの動態にどのような役割を果たすのかを検討したところ、すべてのサブタイプが均一に作用しているわけではなく、心筋細胞内の発現と機能に応じた調節を担当していることが分かった。これらのサブタイプの制御がEpacによるものであることが欠損動物モデルを用いた実験から明らかとなった。これにより、これまでＰＫＡが主体とされていた心筋細胞内のｃＡＭＰシグナルがＥｐａｃを通じてどのように心機能調節の分子メカニズムに関与するかの解明が進められた。さらにはＥｐａｃの欠損だけでなく、過大発現を行った際の病態生理に関する検討を進めることができた。とくにＥｐａｃの過大発現は、同様の細胞内カルシウムシグナルによって活性化されるキナーゼの調節を介して、様々な転写因子の活性化を行うことが明らかとなりつつある。これらの実験結果は当初の計画におおむね準じていると考えられ、研究計画は順調に進んだと思われた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度はこれまでの研究助成にて培った手法を用いて研究計画の総括を行い、cAMPを産生するアデニル酸シクラーゼの下流にあるEpacの役割を中心に、cAMPシグナルネットワークを心機能・保護作用の調節の観点からまとめる。我々の作成したEpacサブタイプの遺伝子操作動物（とくに過大発現を中心として）を活用した敗血症惹起性心不全モデルを用いて、病態生理下における役割を解明していく。これらの検討を通じて、心不全の成因に関するcAMPシグナルネットワークの網羅的な解明を進めていく。我々はEpacは心不全時にすべてにおいて悪影響を及ぼすとは限らないと考えている。TNFなどのサイトカインの亢進は心不全時の心機能低下の重要な原因であり、敗血症性ショックでは末梢抵抗が低下するにもかかわらず心機能低下を引き起こす。心機能が低下すれば、交感神経が活性化してカテコラミン分泌が亢進するが、カテコラミンがサイトカインにどのように関連するかは不明であった。我々の検討から、Epacが共役の中心となると考えられる。そこでLPS誘発性のエンドトキシンショックでは、著名な心機能低下が見られるが、Epac1を過大発現させたマウス（Epac1TG）ではこの低下が顕著に小さくなることを確認していく。この際に予想されているのがJAK/STAT系におけるSTATのリン酸化の低下しており、これが心機能保護作用の原因と考えられる。我々はEpacがSOCS系の制御を通じてJAK/STAT系のコントロールを行っていると予測している。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の計画では平成２６年度に行うＥｐａｃ過大発現マウスモデルのコロニー形成を平成２５年度中に行う予定であったが、マウスの繁殖が予想より遅かった。このためコロニー形成およびそのスクリーニングに使用する金額が持ち越しとなった。
平成２６年度はＥｐａｃ過大発現マウスモデルを用いた検討をおこなう。平成２５年度に得られたマウスより予備データは取られており、計画自体の進行には変化はない。然るにマウスのコロニー準備を平成２６年度前半に終了させる予定である。実験計画自体に変更はない。
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[Journal Article] Prostaglandin E2 Inhibits Elastogenesis in the Ductus Arteriosus via EP4 Signaling.2014
Author(s)
Yokoyama U, Minamisawa S, Shioda A, Ishiwata R, Jin MH, Masuda M, Asou T, Sugimoto Y, Aoki H,Nakamura T, and Ishikawa Y
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Journal Title
Circulation.
Volume: 129
Pages: 487-496
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Three-Dimensional Multilayers of Smooth Muscle Cells as a New Experimental Model for Vascular Elastic Fiber Formation Studies.2014
Author(s)
Ishiwata R, Yokoyama U, Matsusaki M, Yoshiya A, Kadowaki K, Ichikaww Y, Umemura M, Fujita T, Minamisawa S, Shimoda H, Mitsuru Akashi M, and Ishikawa Y.
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Journal Title
Atherosclerosis.
Volume: 233
Pages: 590-600
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Store-operated Ca2+ entry (SOCE) Regulates Melanoma Proliferation and Cell Migration.2014
Author(s)
Umemura M, Baljinnyam E, Feske S, De Lorenzo MS ,Lai-Hua Xie LH, Feng X, 1, Itoh K, Makino A, Fujita T,Yokoyama U, Iwatsubo M, Chen S, Goydos JS, Ishikawa Y, and Iwatsubo K.
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Journal Title
PlosOne.
Volume: 9
Pages: e89292
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Protection of cardiomyocytes from the hypoxia-mediated injury by a peptide targeting the activator of G-protein signaling 8.2014
Author(s)
Sato M, Hiraoka M, Suzuki H, Sakima M, Mamun, AA, Yamane Y, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, and Ishikawa Y.
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Journal Title
PlosOne.
Volume: 9
Pages: e91980
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Hyperthermia generated with ferucarbotran (Resovist®) in an alternating magnetic field enhances cisplatin-induced apoptosis of cultured human oral cancer cells.2014
Author(s)
Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Kioi M, Nakashima H, Iwai T, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, Feng X, Ito K, Miyajima A, Makino A, Iwai M, Eguchi H, Iwai T, and Ishikawa Y.
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Journal Title
J. Physiol. Sci.
Volume: 64
Pages: 177-183
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Disruption of Epac1 decreasesphosphorylation of phospholamban and protects theheart against stresses.2014
Author(s)
Okumura S, Fujita T, Cai W, Jin M, Namekata I, Mototani Y, Jin HL, Ohnuki Y, Tsuneoka Y, Kurotani R, Suita Km Kawakami Y, Hamaguchi S, Abe T, Kiyonari H, Tsunematsu T, Bai Y, Suzuki S, Hidaka Y, Umemura M, Ichikawa Y, Yokoyama U, Sato M, Ishikawa F, Izumi-Nakaseko H, Adachi-Akahane S, Tanaka H, and Ishikawa Y.
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Journal Title
J. Clin. Invest.
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
Peer Reviewed
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[Journal Article] Type 5 Adenylyl Cyclase Increases Oxidative Stress by Transcriptional regulation of MnSOD via the Sirt1/FoxO3a Pathway.2013
Author(s)
Lai L, Yan L, Gao S, Hu CL, Hui G, Davidow A, Park M, Bravo C, Iwatsubo K, Ishikawa Y, Auwerx, J, Sinclair D, Vatner SF, and Vatner DE..
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Journal Title
Circulation.
Volume: 127
Pages: 1692-1701
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A role for Piezo2 in EPAC1-dependent mechanical allodynia.2013
Author(s)
Eijkelkamp N, Linley JE, Torres JM, Bee L , Dickenson AH,Gringhuis M , Minett MS, Hong GS, Lee E, Oh U, Ishikawa Y, Zwartkuis FJ , Cox JJ, and Wood, JN
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Journal Title
Nature Commun.
Volume: 4
Pages: 1682
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Decreased Serum Osmolality Augments the Closure of the Ductus Arteriosus in Neonates.2013
Author(s)
Yokoyama U, Aoki R, Ichikawa Y, Iwasaki S, Seki K, Nishimaki S, Yokota S, Minamisawa S, Ishikawa Y
Organizer
The 86th Scientific Session, American Heart Association
Place of Presentation
Dallas, USA
Year and Date
20131116-20131120
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[Presentation] A conventional anti-cancer drug designed artificially with ferromagnetic, EI2573M.2013
Author(s)
Iwai M, Umemura M, Sato I, Nagasako A, Feng X, Hoshino Y, Inoue S, Aoki I, Eguchi H, Ishikawa Y
Organizer
The 72nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
Place of Presentation
パシフィコ横浜（神奈川県）
Year and Date
20131003-20131005
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[Presentation] Targeted drug delivery system and magnetic resonance imaging with intrinsic ferromagnetic nano-particle compound.2013
Author(s)
Eguchi H, Hirata K, Kurotani R, Fukumura H, Singh D.J, Yamamoto M, Sato I, Umemura M, Yamamoto M, Nagashima Y, Ishikawa Y
Organizer
The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
Place of Presentation
Washington DC,USA
Year and Date
20130408-20130412
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[Presentation] Thermochemotherapy with controlled drug delivery using a novel magnetic anti-cancer drug. The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting,2013
Author(s)
Sato I, Mitsudo K, Umemura M, Feng X, Fukumura H, Eguchi H, Nakashima H, Kioi M, Tohnai I, Ishikawa Y
Organizer
The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting
Place of Presentation
Washington DC,USA
Year and Date
20130408-20130412
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[Presentation] Novel thermo-chemotherapy using a new magnetic anti-cancer drug.2013
Author(s)
Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Feng X, Baba J, Nakashima H, Kioi M, Eguchi H, Tohnai I, Ishikawa Y
Organizer
The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
Place of Presentation
Washington DC,USA
Year and Date
20130408-20130412
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