Analyses of functional differentiation and interaction of RAMP1,2 and 3 applying the maternal Cas9-based multiple genome editing

• Project/Area Number: 19K07477
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: SAKURAI TAKAYUKI 信州大学, 学術研究院医学系, 准教授 (80317825)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武井 則雄 北海道大学, 医学研究院, 助教 (50523461) ; 新藤 隆行 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (90345215)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: アドレノメデュリン / RAMP / 受容体活性調節タンパク質 / 炎症性腸疾患 / 大腸オルガノイド / ゲノム編集 / 多遺伝子同時改変 / 複数同時ゲノム編集 / CRISPR/Cas9 / 腸オルガノイド / 受容体修飾因子

Outline of Research at the Start

アドレノメデュリン(AM)は、多彩な生理作用を有する生理活性ペプチドであり、各種疾患への臨床応用が期待されている。この多生理作用は、AMの受容体に結合する受容体活性調節タンパクRAMP1、2、3によって制御されていると考えられているが、詳細な分子機構は不明である。
本研究では、複数同時ゲノム編集という申請者が独自開発した技術によりRAMP1、2、3について複数の変異を併せ持つマウス群を体系的に作製する。同マウスによる炎症性腸疾患などの病態モデルの解析や、腸オルガノイド、 各種の初代培養細胞を用いた検討によりRAMP1、2、3の病態生理学的意義の解明し、AMの臨床応用への知識基盤に貢献する。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to analyze the functional differentiation of RAMPs by analyzing DSS-induced colitis models, colorectal organoids, and macrophage cells using mice with mutations in RAMP subisoforms produced by our systematic multiple simultaneous genome editing methods. We found that RAMP1 and 3 are mainly involved in colitis in mice, and colitis increases in RAMP1-deficient mice, while RAMP3-deficient mice increased their resistance. Furthermore, we showed that RAMP1/RAMP3 signals respond to inflammatory signals simultaneously and synergistically in the inflammatory-stimulated colorectal epithelium, while RAMP1/RAMP3 signals respond to inflammatory signals simultaneously and inversely in macrophage cells.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アドレノメデュリン(AM)は、臓器保護作用、抗炎症作用、抗酸化作用など多彩な生理機能を有し、日本発の治療薬、診断薬への応用が期待されている。最近、ステロイド治療抵抗性の潰瘍性大腸炎患者へのAMの臨床治験や、敗血症の循環障害対象の抗AM抗体、アドレシズマブの臨床応用が進展している。一方、この多生理機能を制御するRAMPサブアイソフォームの病態生理学的意義や作用機序など多くは不明である。本研究は、RAMPサブアイソフォームの機能分化と相互作用の存在を明らかとした。臨床応用の基盤のAM作用機序の理解を深め、かつAMを含むリガンドの代わりの新規治療標的としてRAMPの可能性を示した。

Research Products

• [Journal Article] Adrenomedullin ameliorates pulmonary fibrosis by regulating TGF-b-Smads signaling and myofibroblast differentiation (2021)
  • Author(s): Wei Y, Tanaka M, Sakurai T, Kamiyoshi A, Ichikawa-Shindo Y, Kawate H, Cui N, Kakihara S, Zhao Y, Aruga K, Sanjo H, Shindo T
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 162(8) Issue: 8 Pages: 1-22
  • DOI: 10.1210/endocr/bqab090
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adrenomedullin-RAMP2 and -RAMP3 systems regulate cardiac homeostasis during cardiovascular stress (2021)
  • Author(s): Cui N, Sakurai T, Kamiyoshi A, Ichikawa-Shindo Y, Kawate H, Tanaka M, Tanaka M, Wei Y, Kakihara S, Zhao Y, Aruga K, Kawagishi H, Nakada T, Yamada M, Shindo T
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 162(3) Issue: 3 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1210/endocr/bqab001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of single- and multiple-gene-modified mice via maternal SpCas9-based gene editing (2021)
  • Author(s): Sakurai Takayuki、Shindo Takayuki
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 2 Issue: 2 Pages: 100509-100509
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2021.100509
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adrenomedullin-receptor activity-modifying protein 2 system ameliorates subretinal fibrosis by suppressing epithelial-mesenchymal transition in age-related macular degeneration (2021)
  • Author(s): Tanaka M, Kakihara S, Hirabayashi K, Imai A, Toriyama Y, Iesato Y, Sakurai T, Kamiyoshi A, Ichikawa-Shindo Y, Kawate H, Tanaka M, Cui N, Wei Y, Zhao Y, Aruga K, Yamauchi A, Murata T, Shindo T
  • Journal Title: Am J Pathol Volume: 191(4) Issue: 4 Pages: 652-668
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2020.12.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficiency of the adrenomedullin-RAMP3 system suppresses metastasis through the modification of cancer-associated fibroblasts (2020)
  • Author(s): Dai K, Tanaka M, Kamiyoshi A, Sakurai T, Ichikawa-Shindo Y, Kawate H, Cui N, Wei Y, Tanaka M, Kakihara S, Matsui S, Shindo T
  • Journal Title: Oncogene Volume: 39(9) Issue: 9 Pages: 1914-1930
  • DOI: 10.1038/s41388-019-1112-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of genetically engineered mice with higher efficiency, lower mosaicism, and multiplexing capability using maternally expressed Cas9 (2020)
  • Author(s): Sakurai T, Kamiyoshi A, Kawate H, Watanabe S, Sato M, Shindo T
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10(1) Issue: 1 Pages: 1091-1091
  • DOI: 10.1038/s41598-020-57996-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bindel-PCR: a novel and convenient method for identifying CRISPR/Cas9-induced biallelic mutants through modified PCR using Thermus aquaticus DNA polymerase (2019)
  • Author(s): Sakurai Takayuki、Kamiyoshi Akiko、Takei Norio、Watanabe Satoshi、Sato Masahiro、Shindo Takayuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 9923-9923
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46357-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transplacental Delivery of Genome Editing Components Causes Mutations in Embryonic Cardiomyocytes of Mid-Gestational Murine Fetuses (2019)
  • Author(s): Nakamura Shingo、Ishihara Masayuki、Ando Naoko、Watanabe Satoshi、Sakurai Takayuki、Sato Masahiro
  • Journal Title: IUBMB Life Volume: 印刷中 Issue: 7 Pages: 835-844
  • DOI: 10.1002/iub.2004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] アドレノメデュリン-RAMP2系は、TGF-β-Smads系と筋線維芽細胞の分化を調節することにより、肺線維症を改善する (2021)
  • Author(s): Wei Yangxuan、桜井敬之、神吉昭子、新藤優佳、河手久香、田中愛、崔南奇、田中正明、柿原伸次、Zhao Yunlu、笠原智貴、有賀公亮、新藤隆行
  • Organizer: 第50回日本心脈管作動物質学会
• [Presentation] 心血管系ストレス応答に対するアドレノメデュリン-RAMP2系・RAMP3系の機能分化 (2021)
  • Author(s): 崔南奇、桜井敬之、神吉昭子、市川優佳、河手久香、田中愛、田中正明、Wei Yangxuan、柿原伸次、Zhao Yunlu、笠原智貴、有賀公亮、新藤隆行
  • Organizer: 第50回日本心脈管作動物質学会
• [Presentation] アドレノメデュリン - RAMP1、2、3ネットワーク機構の解明のための新規多遺伝子同時ゲノム編集法の開発 (2021)
  • Author(s): 桜井敬之、神吉昭子、河手久香、渡部聡、佐藤正宏、新藤隆行
  • Organizer: 第50回日本心脈管作動物質学会
• [Presentation] アドレノメデュリン2の肝臓および代謝制御における病態生理学的意義 (2021)
  • Author(s): 神吉昭子、桜井敬之、新藤優佳、河手久香、田中愛、柿原伸次、Zhao Yunlu、松田順繁、有賀公亮、新藤隆行
  • Organizer: CVMW2021 第25回日本心血管内分泌代謝学会
• [Presentation] AM-RAMP2系による高内皮細静脈の機能制御とリンパ行性転移抑制作用 (2021)
  • Author(s): 田中愛、桜井敬之、神吉昭子、市川優佳、河手久香、柿原伸次、Zhao Yunlu、松田順繁、有賀公亮、新藤隆行
  • Organizer: CVMW2021 第25回日本心血管内分泌代謝学会
• [Presentation] アドレノメデュリン-RAMP3系欠損は、癌関連線維芽細胞のポドプラニン発現を抑制し、臓器間転移を抑制する (2020)
  • Author(s): 戴昆, 田中愛, 神吉昭子, 桜井敬之, 新藤優佳, 河手久香, 崔南奇, 田中正明, Wei Yangxuan, 柿原伸次, 中村啓成, 新藤隆行
  • Organizer: 第49回日本心脈管作動物質学会
• [Presentation] アドレノメデュリン-RAMP2, 3系は、心血管系ストレスに対して、心臓の恒常性を制御する (2020)
  • Author(s): 崔南奇, 神吉昭子, 桜井敬之, 新藤優佳, 河手久香, 田中愛, 戴昆, 田中正明, Wei Yangxuan, 柿原伸次, 中村啓成, 新藤隆行
  • Organizer: 第49回日本心脈管作動物質学会
• [Presentation] 加齢黄斑変性における、ケモカイン受容体CXCR4の網膜下線維化作用 (2020)
  • Author(s): 田中正明, 柿原伸次, 平林一貴, 今井章, 鳥山佑一, 家里康弘, 田中愛, 河手久香, 神吉昭子, 新藤優佳, 桜井敬之, 村田敏規, 新藤隆行
  • Organizer: 第124回日本眼科学会
• [Presentation] 急性腎障害におけるアドレノメデュリン2の病態生理学的意義 (2020)
  • Author(s): 神吉昭子, 桜井敬之, 新藤優佳, 河手久香, 田中愛, 戴昆, 崔南奇, Yangxuan Wei, 田中正明, 柿原伸次, 松井周平, 中村啓成, 新藤隆行
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会
• [Presentation] Adrenomedullin-RAMP2 and RAMP3 systems regulate cardiac homeostasis against cardiovascular stresses (2020)
  • Author(s): Nanqi Cui, Takayuki Sakurai, Akiko Kamiyoshi, Yuka Shindo, Hisaka Kawate, Megumu Tanaka, Kun Dai, Yangxuan Wei, Masaaki Tanaka, Shinji Kakihara, Shuhei Matsui, Takayuki Shindo
  • Organizer: 第84回日本循環器学会
• [Presentation] 母性Cas9ゲノム編集法による多因子性疾患モデルマウス作製の試み (2019)
  • Author(s): 桜井敬之、神吉昭子、田村勝、河手久香、渡部聡、佐藤正宏、新藤隆行
  • Organizer: 第4回日本ゲノム編集学会
• [Presentation] ブタ脂肪前駆細胞PSPAにおいて細胞分化に伴い発現が変化する遺伝子の網羅的解析 (2019)
  • Author(s): 渡部 聡、櫻井 敬之、中村 伸吾、平岩 秀樹、土居 考爾、安江 博、佐藤 正宏
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会