2013 Fiscal Year Annual Research Report
老化関連疾患のERストレス、自然免疫系からの解析とiPS細胞治療のモデル実験
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25293166
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
磯部 健一 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20151441)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 佐知子 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70447845)
西尾 尚美 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80513457)
祖父江 元 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20148315)
大橋 憲太郎 岐阜大学, 工学部, 助教 (50332953)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 老化 / 免疫 / 再生 |
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| Research Abstract |
初年度、私たちはGADD34遺伝子欠損マウス(GADD34KO)とWTマウスを比較するため、老化に伴ってどのような表現系が現れるかを観察した。その結果、GADD34KOマウスはWTマウスに比べて寿命が短縮することを見出した。これまで、明らかな表現系が発見できなかったのは20ヶ月以上観察する前に実験に使用していたからであろうと思われた。また、その頃肥満がみられた。特に老化した雄GADD34KOマウスで明らかな脂肪の蓄積が見られ、肝臓は脂肪肝になっていることが判明した。GADD34蛋白はDNA傷害性ストレス、飢餓ストレス、アミノ酸欠乏ストレスで上昇することを我々はすでに見出している。また、老化に深く関与するTORシグナル伝達系を抑制することも見出している。さらに多くの老化関連疾患でミエロ系の組織内浸潤が見られるが、GADD34KOマウスはミエロ系とりわけ好中球への分化が早いことを見出した（Immunology & Cell Biology 2014）。このため、GADD34は老化抑制遺伝子とも考えられる。また、この研究費において私たちは老人疾患で非常に多い慢性閉塞性肺疾患のモデルマウスの作成を行っている。今年度はタバコの成分Acroleinを鼻に添付することで肺胞傷害が起こることを明らかにした。そこには肺胞が傷害され、マクロファージ等ミエロ系細胞が浸潤していること、GADD34発現が上昇すること、ER ストレスマーカーが上昇することが判明した。このようにミエロ系細胞は老化関連疾患で非常に重要な役割を示す。他に、私たちはマウス骨髄から安定的にGM-CSFで増殖する正常ミエロ系細胞を樹立した。この細胞は１年以上培養でき貪食能をもつことから自己細胞を使った再生医療にiPSを補助する役割が期待されるばかりでなく、老化関連疾患解析に役立つと思われる（PLOS One 2013）.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は老化に伴って発生する様々な疾患の発生過程に関与する生体応答を細胞内ER ストレス応答と細胞間防御機構としての免疫応答から解析し、疾患の防御から不可逆性変化の過程とその治療としての自己由来細胞、特にiPS 細胞による治療をめざす。研究の焦点を絞り深めるために、我々がこれまで研究を展開してきたGADD34蛋白のERストレス、免疫系での働きを中心に解析する。このような目的に沿って、GADD34 遺伝子欠損マウス(GADD34KO)を中心に研究を進めてきた。その結果、GADD34KOマウスが老化に伴って肥満になり、肥満に伴う様々な老化関連疾患を発症することを明らかにした。また、GADD34KOマウスは刺激によりミエロ系の分化が進行していることが明らかになり、人の老化関連疾患が自然免疫系細胞の活性化によって発症することが明らかになりつつあることより、老化関連疾患のいいモデルとなることを確信した。特にGADD34KO マウスの脂肪組織にミエロ系細胞が浸潤すること、２型糖尿病、脂肪肝を発症することが明らかになりつつあり、この解析を通して、老化によるメタボリックシンドロームのメカニズムの解明や、予防につながる可能性が出てきた。また、タバコの成分アクロレインでGADD34が誘導されること、ER ストレスが誘導されることはCOPDモデルを解明し、それに与えるGADD34の影響を知る当初の計画がうまく進んでいる。iPS細胞は私たちはすでに老化マウスから作成する方法を確立しており、また、マクロファージ、血管内皮細胞等様々な組織に分化できることを確認している。さらに各年齢の骨髄から安定した、マクロファージ幹細胞を培養する方法を見出したことで、この細胞をM1, M２マクロファージに分化させたり、同系マウスに移入することでマウスをモデルとして老化関連疾患のモデルに使用できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
私たちはGADD34KO マウスが老化とともに肥満になることを見出し、予備実験で糖尿病になることを明らかにした。このメカニズムが炎症性細胞の浸潤によって発症する否かを老化GADD34KO マウス、高脂肪食による実験でより詳細に明らかにする。すなわち、IGF-1Rからのシグナル伝達系がインスリン抵抗性の鍵であり、このシグナルのどの段階にGADD34 が関与するか明らかにする。また、老化に伴って脂肪肝も発症し、肝硬変へと進展することを明らかにしつつある。GADD34が脂肪分化の段階に関与する可能性を検索する。これらのことからGADD34が肥満、糖尿病を抑える働きを持つことが明らかになればGADD34を増加させる薬剤投与の実験にも着手できる。さらに、肝不全に進む前あるいは肝不全に陥った場合、自己iPS細胞を肝細胞に分化させて治療することも視野に入れている。COPDモデルマウスは昨年度系が確立し、GADD34の関与を知るためGADD34KOマウスにアクロレインを投与し、肺胞の破壊、炎症性細胞の浸潤を組織学的解析(H&E)、免疫学的解析 (FACS等)、生化学的解析によって行う。また、アクロレインのマクロファージへの影響は長時間培養が必要になる我々の確立した培養マクロファージに長期暴露させることによってその影響とメカニズムを明らかにできるとともに将来の自己免疫細胞治療に役立つと思われる。また、老化に伴う神経疾患のモデルとしてPolyQ遺伝子導入マウスとGADD34KOマウスを掛け合わせ、PolyQによる神経変性疾患の発症が進行するか抑えられるか検索し、GADD34の老化疾患への関与を明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
GADD34遺伝子欠損マウスが老化に伴い肥満を発症することを見出し、その解析の過程で脂肪肝が発症することを見出した。肥満から脂肪肝への移行は17ヶ月齢の雄GADD34遺伝子欠損マウスに観察でき、脂肪分化にもGADD34が関与していることが示唆されたため、そのメカニズムの解明に着手した。この現象は当初の予想である、GADD34 がERストレスを抑制することで、肥満を防御する可能性に加え、GADD34 が脂肪分化のシグナル伝達系に関与する可能性を示唆し、重要な知見であると判断した。このメカニズムの解析はマウスを老化するまで飼育する必要があり、解析のため多数のマウスを２年以上飼育し観察する実験を始めた。これらのマウスが本格的に使用できるのは次年度以降であるため、未使用額が生じた。
肥満による脂肪肝から肝硬変、肝癌への移行をGADD34遺伝子欠損マウスで解析するために、GADD34遺伝子欠損マウス、WTマウスを新たに２年以上多数飼育し、病期発症の経過を各年齢マウスを使用し解析する。これまで、長期飼育してきたGADD34マウスも、数匹程度各年齢のマウスがそろっているため、COPDモデルマウス実験や、肥満に伴う、脂肪細胞への免疫細胞の浸潤の解析実験と同時に、脂肪肝から肝不全に至る経路の実験に供する。しかし、更なる解析には多数の老化マウスが必要であり、繁殖しつつ研究に使用していく。初年度の残りの金額はこれらマウスの飼育費と新たな解析のための、抗体、プラスチック製品、生化学的解析に使用する。
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Research Products
(17 results)
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[Journal Article] iPS cell sheets created by a novel magnetite tissue engineering method for reparative angiogenesis.2013
Author(s)
Kito T, Shibata R, Ishii M, Suzuki H, Himeno T, Kataoka Y, Yamamura Y, Yamamoto T, Nishio N, Ito S, Numaguchi Y, Tanigawa T, Yamashita JK, Ouchi N, Honda H, Isobe K, Murohara T
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 3
Pages: 1418
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Mesenchymal stem cell-like cells derived from mouse induced pluripotent stem cells ameliorate diabetic polyneuropathy in mice.2013
Author(s)
Himeno T, Kamiya H, Naruse K, Cheng Z, Ito S, Kondo M, Okawa T, Fujiya A, Kato J, Suzuki H, Kito T, Hamada Y, Oiso Y, Isobe K, Nakamura J
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Journal Title
Biomed Res Int
Volume: 2013
Pages: 259187
DOI
Peer Reviewed
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