Elucidation of the mechanisms of host cell aging originated from dysbiosis of gut microbiota

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Establishing a new paradigm of the pathogenesis of diseases through the understanding of stem cell aging
• Project/Area Number: 17H05654
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 福田 真嗣 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任准教授 (80435677)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 老化 / 腸内細菌 / 代謝物質 / 腸管上皮細胞 / メタボロゲノミクス / 腸管オルガノイド

Outline of Annual Research Achievements

ヒトの腸管内には数百種類以上でおよそ100兆個もの腸内細菌が生息しており、これら腸内細菌叢は宿主腸管細胞と密接に相互作用することで、複雑な腸内生態系を形成している。われわれはこれまでに、メタボロミクスを基盤とする統合オミクス解析手法を構築し、腸内細菌叢から産生される短鎖脂肪酸を初めとする代謝物質が、宿主の腸管局所のみならず、全身の恒常性維持に重要であることを明らかにした。また一方で、加齢に伴った宿主の消化吸収能の低下が腸内細菌叢の変化を招き、変化した腸内細菌叢がさらに宿主に作用することで、高脂肪食摂取時の肥満を促進するといった、腸内細菌叢を中心とした加齢に伴う負のスパイラルが存在することも見出した。そこで本研究では、これまで異種生物と考えられてきた腸内細菌叢を一つの臓器として捉え、そこから産生される腸内細菌叢由来老化促進因子について、無菌マウスや腸管オルガノイド技術を駆使して解析し、その機能を包括的に理解することを目的とする。
本年度は、若齢および老齢の無菌およびSPFマウスにおける腸管上皮と、それらのマウスの小腸・盲腸・大腸上皮幹細胞より作出した腸管オルガノイドのトランスクリプトーム解析を実施し、得られたデータを詳細に比較解析することで、腸内細菌叢の存在により加齢に伴って変化する腸管上皮遺伝子群の探索を行った。その結果、腸管上皮と腸管オルガノイドで共通して変化する遺伝子群を複数見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は研究計画書のスケジュール通り、加齢に伴って変化する腸管上皮遺伝子群の解析を行った。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題の今後の方針は、加齢に伴い変化した腸管上皮遺伝子群と腸内細菌叢由来代謝物質との関係について、無菌マウスや腸管オルガノイドを用いた解析により明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Global metabolic reprogramming of colorectal cancer occurs at adenoma stage and is induced by MYC (2017)
  • Author(s): Satoh, K., Yachida, S., Sugimoto, M., Oshima, M., Nakagawa, T., Akamoto, S., Tabata, S., Kajino-Sakamoto, R., Kojima, Y., Fujishita, T., Enomoto, A., Hirayama, A., Ishikawa, T., Taketo, M.M., Kushida, Y., Haba, R., Okano, K., Tomita, M., Suzuki, Y., Fukuda, S., Aoki, M., Soga, T., et al.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 114 Pages: E7697－E7706
  • DOI: 10.1073/pnas.1710366114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An equation-free method reveals the ecological interaction networks within complex microbial ecosystems (2017)
  • Author(s): Suzuki, K., Yoshida, K., Nakanishi, Y., Fukuda, S.
  • Journal Title: Methods in Ecology and Evolution Volume: 8 Pages: 1774－1785
  • DOI: 10.1111/2041-210X.12814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 腸内細菌叢由来酪酸と炎症制御 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 35 Pages: 1702－1707
• [Presentation] 腸内環境に基づく個別化ヘルスケアの必要性 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第22回日本フードファクター学会
  • Invited
• [Presentation] もう一つの臓器、腸内細菌叢の機能に迫る (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第62日本口腔外科学会総会・学術大会
  • Invited
• [Presentation] 腸内細菌叢由来代謝物質がもたらす生体恒常性機構 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第42回日本医用マススペクトル学会
  • Invited
• [Presentation] 腸内微生物生態系の制御による新たな疾患予防・治療戦略 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第31回日本バイオフィルム学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 腸内環境の制御による新たな疾患予防・治療基盤技術の創出 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第27回日本サイトメトリー学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] メタボロゲノミクスがもたらす腸内細菌叢の機能理解 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第17回日本抗加齢医学会総会
  • Invited
• [Presentation] 腸内環境の制御による新たな疾患予防・治療基盤技術の創出 (2017)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第60回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 早期大腸癌の検出方法 (2018)
  • Inventor(s): 山田拓司、福田真嗣、谷内田真一
  • Industrial Property Rights Holder: 山田拓司、福田真嗣、谷内田真一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-18134