| Project/Area Number |
21K18298
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
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| Research Institution | National Center for Child Health and Development |
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Principal Investigator |
宮戸 健二 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 細胞医療研究部, 室長 (60324844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 満稔 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40383864)
櫻木 淳一 神奈川県衛生研究所, 微生物部, 部長 (90273705)
河野 菜摘子 明治大学, 農学部, 専任准教授 (00451691)
宮戸 真美 別府大学, 食物栄養科学部, 教授 (00386252)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 逆ミセル / 細胞外微粒子 / 体質 / 栄養摂取 / マイクロエクソソーム / エクソソーム / CD9 / テトラスパニン / 代謝サイクル |
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| Outline of Research at the Start |
マイクロエクソソームは、エクソソームと構成成分を共有するものの構造が全く異なり、エクソソームよりも微細で、脂質二重膜を持たない逆ミセル構造をとり、集合してマトリックス様のシートを形成する。さらに、エクソソームが多胞性エンドソーム由来であるのに対して、マイクロエクソソームは細胞膜の陥入によって形成され、細胞膜の修復を促進する構造体として働く。本研究では、マイクロエクソソームの構成成分、形成過程を解明し、２つの構造体が存在する生物学的意義を、生命体の生と死から解明する。2つの構造体が、正常細胞と疾患細胞で使い分けられているという考えは、疾患の発症メカニズムにパラダイムシフトを起こす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロエクソソームは、エクソソームと構成成分を共有するものの構造が異なり、
エクソソームよりも微細で、脂質二重膜を持たない逆ミセル構造をとり、集合してマトリックス様のシートを形成する。さらに、エクソソームは多胞性エンドソーム由来であり、一方、マイクロエクソソームは細胞膜の陥入によって形成される。本研究では、マイクロエクソソームの構成成分、形成過程を解明することで、２つの構造体が存在する生物学的意義を、栄養摂取・代謝サイクルの細胞レベルでの転換から解明する。これまで逆ミセル型の構造体が生体内で発見され、その機能が解明された報告はない。一方、申請者による研究から、多くの器官から逆ミセル型構造体が分泌されることが推測される。2つの構造体（マイクロエクソソームとエクソソーム）が、正常細胞と疾患細胞で使い分けられているという考えは、疾患の発症の前段階にある体質の変化の理解にパラダイムシフトを提示し、生命科学全体に波及効果をもたらす。本年度は、卵形成と色素細胞の形成におけるカルシウム波の生理的な役割を、細胞外微粒子との関連から研究を行った。女性では、出生時に原始卵胞の数が確定する。原始卵胞には、（１）新生児期に成長を開始する第１波と、（２）休眠後に一部ずつ成長する第２波の２種類が存在する。第１波での卵胞活性化のメカニズムは不明である。我々は、このステージに形成期の卵においてカルシウム波が誘導されることを発見した。その鍵因子となるのが、細胞質型クエン酸合成酵素（extra-mitochondrial citrate synthase: eCS）である。また、色素細胞の成熟過程においても、カルシウム波が誘導によってメラノソームが形成されることを発見した。色素細胞におけるカルシウム波の誘導にも、細胞外微粒子を介したeCSの細胞間での輸送が必要であることを明らかにした。
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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
本研究では、成分を共有する２つの細胞外構造体が存在する意義を、卵形成と色素細胞におけるメラノソームの形成に着目して研究を行った。我々の研究から、マイクロエクソソームの形成は、ミトコンドリアにおけるクエン酸回路の活性と相関関係がある。我々が着目するクエン酸合成酵素は、ミトコンドリアにおいて細胞のエネルギー源であるATPを作り出すクエン酸回路の律速酵素である。一般的には、クエン酸産生量の低下により、肥満、糖尿、免疫低下、臓器障害が起こることが知られている。我々は、ミトコンドリア外に存在するクエン酸合成酵素（extra-mitochondrial citrate synthase; eCS）の役割に着目し、遺伝子欠損マウスを作製したところ、毛色が顕著に薄くなることを見出した。eCs-KOマウスは、第２波の卵胞活性化は正常であり、第１波でのみ異常が起こる。このようなモデル系は報告がなく、研究の足掛かりがなかった。そのため、第１波の卵胞活性化についての知見はほとんど存在せず、本研究は極めて独創的である。本研究によって、eCSおよびマイクロエクソソームを介した卵胞活性化シグナルが発見されることが予想される。卵子の早期枯渇を引き起こす原因が解明され、将来的に不妊症の診断や治療に貢献することが本研究の意義である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、卵巣、色素細胞における研究を進展させることができた。今後は、ミトコンドリアの活性制御とマイクロエクソソームの形成との観点から、本後も研究を発展させる。さらに、我々が通常摂取する食材の成分として、CD9の発現増進、マイクロエクソソームの分泌促進に効果がある物質を探索することで、正常な生体機能を維持しつつ、疾患の発症（細胞の癌化）を抑制するメカニズムの存在を分子レベルで明らかにしていきたい。すなわち、マイクロエクソソーム形成促進（すなわち、エクソソーム形成抑制）が、分化多能性をもった細胞の特性（細胞機能のデフォルト状態への回帰、オルガネラ・核ネットワークの初期化）を反映している可能性がある。そこで本研究では、マイクロエクソソームの形成メカニズムの解明に取り組むことで、マイクロエクソソームからエクソソームへの形成経路の転換機構の存在と、その経路を逆転させ、細胞機能を回復（老化した細胞から若返った細胞への転換）させる物質の探索をめざす。マイクロエクソソームの形成を促進する食材や栄養素を明らかにできれば、食材のもつ、健康維持への効果が科学的に証明できる。疾患ゲノム解析については国内有数の小児疾患の研究機関としてノウハウが蓄積されており、マウスの表現型から疾患解析につなげることが可能である。機器分析による研究支援活動に加え、研究の方向性に関する打ち合わせを積極的に行う。また、研究方法のプロトコールの共有化、最新情報の共有化により、研究グループ全体の研究レベルの向上をめざす。
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