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細胞競合の普遍的制御分子の同定とその動作機序の解明

Planned Research

Project AreaUnderstanding multicellular autonomy by competitive cell-cell communications
Project/Area Number 21H05285
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

藤田 恭之  京都大学, 医学研究科, 教授 (50580974)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥128,830,000 (Direct Cost: ¥99,100,000、Indirect Cost: ¥29,730,000)
Fiscal Year 2025: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000)
Fiscal Year 2024: ¥22,620,000 (Direct Cost: ¥17,400,000、Indirect Cost: ¥5,220,000)
Fiscal Year 2023: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000)
Fiscal Year 2022: ¥22,620,000 (Direct Cost: ¥17,400,000、Indirect Cost: ¥5,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥37,960,000 (Direct Cost: ¥29,200,000、Indirect Cost: ¥8,760,000)
Keywords細胞競合 / 接触阻害 / 多細胞生命システムの自律性 / synNotchシステム / 空間オミクス解析
Outline of Research at the Start

細胞集団内に生まれた異常細胞や変異細胞は、細胞間相互作用を介した細胞排除現象である「細胞競合」によって集団から排除される。本計画研究では、がん原性変異に加えて代謝異常、細胞老化など様々な機能低下・異常細胞と正常細胞との細胞競合へと研究対象を拡大し、様々な細胞競合の勝者・敗者の境界面で普遍的かつ細胞競合特異的に機能する分子群をsynNotchシステムおよび空間オミクス解析により網羅的に同定する。これにより、細胞競合の普遍的制御分子群を同定し、その動作機序を解明することで、細胞競合の普遍的メカニズムを理解を深めるとともに、細胞競合による多細胞生命システムの自律性の生成メカニズムの解明に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

細胞集団内に生まれた異常細胞や変異細胞は、細胞間相互作用を介した細胞排除現象である「細胞競合」によって集団から排除される。申請者の藤田らはこれまで、哺乳類培養細胞やマウスモデルにおいて正常上皮細胞層中にがん原性変異が生じた際、隣接する正常細胞との間で細胞競合が生じ、変異細胞が管腔側への逸脱や細胞死によって除去されることを見いだしてその機構を解明してきた。一方、申請者や本領域代表者の井垣らによる最近の研究から、細胞競合のトリガーはこれまでの想像以上に多様であることが見えてきた。そこで本計画研究では、がん原性変異に加えて代謝異常、細胞老化など様々な機能低下・異常細胞と正常細胞との細胞競合へと研究対象を拡大し、様々な細胞競合の勝者・敗者の境界面で普遍的かつ細胞競合特異的に機能する分子群を同定する。これにより、細胞競合の普遍的制御分子群を同定し、その動作機序を解明することで、細胞競合の普遍的メカニズムを理解する。さらに、得られた分子群について種々の細胞競合モデルマウスを用いた生体レベルでの解析を行うとともに、領域内共同研究を通じて細胞競合による多細胞生命システムの自律性の生成メカニズムの解明に迫る。また多細胞生命体の細胞間コミュニケーションを司る重要なプロセスの一つである接触阻害についても研究を進める。これまでの研究で、接触阻害と細胞競合という二つの異なるプロセスが共通の分子メカニズムで制御されていることを示唆するデータを得ている。これらの研究を進めることによって、多細胞生命体の恒常性機構の本態に対する理解を深化させることを目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は特に、細胞競合制御因子AHNAK2の機能解析で大きな進展があった。
AHNAK2は変異細胞に隣接した正常細胞においてリン酸化が亢進し、細胞競合による変異細胞の排除を亢進するする分子として同定された(Cell Rep, 2022)。まず、高浸透圧、高温、酸化ストレスなど様々な外的ストレスによって、AHNAK2のリン酸化が顕著に亢進することを見出した。さらに、リン酸化したAHNAK2がストレスによって生じた変性タンパク質を細胞膜から吐き出すように細胞外へと排出する新たなプロテオスタシスのプロセスに関わっていることを発見し、この現象をSPIT (Selective Purge of Intracellular Trash)と命名した。細胞内には、生じた異常なタンパク質を処理し、恒常性を維持するためにいくつかのメカニズムが存在する。このようなタンパク質のホメオスタシス維持機構はプロテオスタシス(proteostasis)と呼称され、これまでの研究で主に3つのメカニズムが働いていることが明らかになっている。1)Hsp70などのシャペロンタンパク質によるrefolding、2)ユビキチンープロテオゾーム系における分解、3)オートファジーによる分解。我々が発見したSPITは、既知の3つのメカニズムに加えて、新規のプロテオスタシスのプロセスがあることを示したものとして、学術的に大きなインパクトを与えることが期待できる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、SPITの詳細なメカニズムを明らかにしていく。
リン酸化したAHNAK2がどのようなメカニズムで、変性タンパク質を細胞外に排出するのか、その詳細なメカニズムを解明する。さらに、AHNAK2の上流で、どのようなキナーゼが機能しているのか、についても明らかにする。
またSPIT研究を進めることによって、異常タンパク質の凝集が原因となる神経変性疾患や老化関連疾患への臨床応用も期待できる。AHNAK2のリン酸化を亢進する低分子化合物やアプタマーをスクリーニングによって同定し、治療への応用の可能性を探る。さらに、我々は変異細胞に隣接した正常細胞では、AHNAK2のリン酸化が亢進し、それに伴ってaggresomeの形成が著しく減弱することを突き止めた。このデータは、変性タンパク質の処理能力が細胞競合における勝者敗者を決定するfitnessに関わっていることを示唆している。プロテオスターシスの制御がどのようにして細胞競合を誘起するのか、そのメカニズムについても今後解析を進めていく。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 13 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 13 results)

  • [Int'l Joint Research] Imperial College London/University College London(英国)

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      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Issue: 43

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      Nature Communications

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 7048-7048

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      Volume: 32 Issue: 10 Pages: 2144-2159.e5

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      Volume: 40 Issue: 2 Pages: 111078-111078

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      Volume: 32 Issue: 16 Pages: 3460-3476

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      Volume: in press Issue: 4 Pages: 195-205

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      Volume: 24 Issue: 9 Pages: 102994-102994

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      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 5930-5930

    • DOI

      10.1038/s41467-021-26156-4

    • NAID

      120007165701

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Published: 2021-10-22   Modified: 2025-04-17  

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