遺伝子工学技術を用いた生体内バイオセンサー

• 研究課題/領域番号: 16390243
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 腎臓内科学
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 北村 正敬 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 教授 (90333062)
• 研究分担者: 姚 建 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 准教授 (50303128) ; 武田 正之 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 教授 (80197318)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 14,950千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 750千円); 2007年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2006年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2005年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2004年度: 6,700千円 (直接経費: 6,700千円)
• キーワード: バイオセンサー / 炎症 / 小胞体ストレス / 分泌型アルカリフォスファターゼ / トランスジェニックマウス / 重金属中毒 / 敗血症 / シグナル伝達 / 急性腎不全 / 重金属 / シゲナル伝達 / 病理 / 遺伝子導入 / 遺伝子治療 / NF-kB / 糸球体腎炎 / 分泌型アルカリフォスファター / 細胞移植 / NF-κB / メサンギウム細胞 / 分泌方アルカリフォスファターゼ

研究概要

本研究では、患者への侵襲・負担を軽減する先進医療(診断・病勢把握・治療技術)の確立に向け、特定の病態応答分子(転写因子、分泌型蛋白)をセンサーとして用い、鋭敏かつ特異性の高い生体内バイオセンサーを構築することを目指した。具体的には血中の外来マーカータンパクのレベルを測定することで病勢をモニタリングし、病態の変化を早期に感知しうる簡便な病勢監視システムの開発を最終目標とした。この目標に向け、本研究では特に種々の炎症関連病態および小胞体ストレス関連病態に焦点を当て、生体内における炎症レベルおよび小胞体ストレスレベルの継続的・非侵襲的な評価を可能にするバイオセンサーシステムの開発を行った。炎症に関しては、炎症に即応して活性化されるNF-κBを分子センサーとして用い、分泌型アルカリフォスファターゼ(SEAP)をリポーターとして用いることにより、糸球体腎炎という局所の微小炎症の病勢を、継続的・侵襲的かつ安価・簡便に行いうることを示すことが出来た。またこの手法を用い、炎症応答に於いて重要と考えられる組織細胞と炎症細胞とのクロストークをリアルタイムにモニタリングする手法も開発し、細胞間クロストークの分子メカニズムに関する新たな知見を得た。小胞体ストレスに関しては、ストレスに即応して活性低下が生じる小胞体ストレス応答性アルカリフォスファターゼ(ES-TRAP)を分子センサー/リポーターとして用いたトランスジェニックマウスを作製することにより、腎機能不全を惹起する病態(重金属中毒、敗血症)における小胞体ストレスの役割を明らかにし、またin vivoにおける小胞体ストレスの推移をリアルタイムかつ非侵襲的にモニタリングすることが可能なことを証明することができた。更に確立した手法を用い、各種病態における小胞体ストレスの惹起とその誘導機序、またその生理・病理学的役割に関し、種々の新たな知見を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of selective reactive oxygen species upstream of proapoptotic branches of unfolded protein response. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi M, et. al.
  • 雑誌名: J Biol Chem 283 ページ: 4252-4260
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of selective reactive oxygen species upstream of proapoptotic branches of unfolded protein response (2008)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi, M., Hiramatsu, N., Hayakawa, K., Okamura, M., Du, S., Kasai, A., Takano, Y., Shitamura, A., Shimada, T., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: J Biol Chem 283 ページ: 4252-4260
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Involvement of selective reactive oxygen species upstream of proapoptotic branches of unfolded protein response. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi M, Hiramatsu N, Hayakawa K, Okamura M, Du S, Kasai A, Takano Y, Shitamura A, Shimada T, Yao J, Kitamura M
  • 雑誌名: J Biol Chem 283 ページ: 4252-4260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid, transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal: Evidence from transgenic sensor mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N, et. al.
  • 雑誌名: FEBS Lett 581 ページ: 2055-2059
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atypical, bidirectional regulation of cadmium-induced apoptosis via distinct signaling of unfolded protein response. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi M, et. al.
  • 雑誌名: Cell Death Differ 14 ページ: 1467-1474
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid, transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal : Evidence from transgenic sensor mice (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu, N., Kasai, A., Du, S., Takeda, M., Hayakawa, K., Okamura, M., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: FEBS Lett 581 ページ: 2055-2059
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Atypical, bidirectional regulation of cadmium-induced apoptosis via distinct signaling of unfolded protein response (2007)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi, M., Hiramatsu, N., Hayakawa, K., Kasai, A., Takano, Y., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: Cell Death Differ 14 ページ: 1467-1474
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Rapid, transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal: Evidence from transgenic sensor mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N, Kasai A, Du S, Takeda M, Hayakawa K, Okamura M, Yao J, Kitamura M
  • 雑誌名: FEBS Lett 581 ページ: 2055-2059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atypical,bidirectional regulation of cadmium-induced apoptosis via distinct signaling of unfolded protein response. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi M, Hiramatsu N, Hayakawa K, Kasai A, Takano Y, Yao J, Kitamura M
  • 雑誌名: Cell Death Differ 14 ページ: 1467-1474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Priming of glomerular mesangial cells by activated macrophages causes blunted responses to proinflammatory stimuli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, et. al.
  • 雑誌名: J Immunol 176 ページ: 2529-2537
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time detection and continuous monitoring of ER stress in vitro and in vivo by ES-TRAP: Evidence for systemic, transient ER stress during endotoxemia. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N, et. al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 34
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Priming of glomerular mesangial cells by activated macrophages causes blunted responses to proinflammatory stimuli (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa, K., Meng, Y., Hiramatsu, N., Kasai, A., Yamauchi, K., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: J Immunol 176 ページ: 2529-2537
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Real-time detection and continuous monitoring of ER stress in vitro and in vivo by ES-TRAP : Evidence for systemic, transient ER stress during endotoxemia (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu, N., Kasai, A., Hayakawa, K., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 34
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Priming of glomerular mesangial cells by activated macrophages causes blunted responses to proinflammatory stumuli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K et al.
  • 雑誌名: J Immunol 176 ページ: 2529-2537
• [雑誌論文] Screening and identification of substances that regulate nephrin gene expression using engineered reporter podocytes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamauch K et al.
  • 雑誌名: Kidney Int 70 ページ: 892-900
• [雑誌論文] Spontaneous activation of the NF-kB signaling pathway in isolated normal glomeruli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol - Renal 291
• [雑誌論文] High levels of dioxin-like potential in cigarette smoke evidenced by in vitro and in vivo biosensing (2006)
  • 著者名/発表者名: Kasai A et al.
  • 雑誌名: Cancer Res 66 ページ: 7143-7150
• [雑誌論文] Real-time detection and continuous monitoring of ER stress in vitro and in vivo by ES-TRAP : Evidence for systemic, transient ER stress during endotoxemia. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 34
• [雑誌論文] Secreted protein-based reporter systems for monitoring inflammatory events : Critical interference by endoplasmic reticulum stress. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N et al.
  • 雑誌名: J Immunol Methods 315 ページ: 202-207
• [雑誌論文] Priming of glomerular mesangial cells by activated macrophages causes blunted responses to proinflammatory stimuli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K et al.
  • 雑誌名: J Immunol In press
• [雑誌論文] Alkaline phosphatase vs. luciferase as secreted reporter molecules in vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N, et. al.
  • 雑誌名: Anal Biochem 339 ページ: 249-256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time monitoring of mesangial cell-macrophage cross-talk using SEAP in vitro and ex vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng Y, et. al.
  • 雑誌名: Kidney Int 68 ページ: 886-893
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous, non-invasive monitoring of local microscopic inflanmation using genetically engineered cell-based biosensor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng Y, et. al.
  • 雑誌名: Lab Invest 85 ページ: 1492-1439
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alkaline phosphatase vs. luciferase as secreted reporter molecules in vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu, N., Kasai, A., Meng, Y., Hayakawa, K., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: Anal Biochem 339 ページ: 249-256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Real-time monitoring of mesangial cell - macrophage cross-talk using SEAP in vitro and ex vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng, Y., Kasai, A., Hiramatsu, N., Hayakawa, K., Takeda, M., Shimizu, F., Kawachi, H., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: Kidney Int 68 ページ: 886-893
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Continuous, non-invasive monitoring of local microscopic inflanmation using genetically engineered cell-based biosensor (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng, Y., Kasai, A., Hiramatsu, N., Hayakawa, K., Yamauchi, K., Takeda, M., Kawachi, H., Shimizu, F., Yao, J., Kitamura, M
  • 雑誌名: Lab Invest 85 ページ: 1429-1439
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Alkaline phosphatase vs.luciferase as secreted reporter molecules in vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N et al.
  • 雑誌名: Anal Biochem 339 ページ: 249-256
• [雑誌論文] Real-time monitoring of mesangial cell-macrophage cross-talk using SEAP in vitro and ex vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng Y et al.
  • 雑誌名: Kidney Int 68 ページ: 886-893
• [雑誌論文] Enhancement of NF-κB activity by resveratrol in cytokine-exposed mesangial cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y et al.
  • 雑誌名: Clin Exp Immunol 142 ページ: 76-83
• [雑誌論文] Continuous, noninvasive monitoring of local microscopic inflammation using a genetically engineered cell-based biosensor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Meng Y et al.
  • 雑誌名: Lab Invest 85 ページ: 1429-1439
• [雑誌論文] Alkaline phosphatase vs. luciferase as secreted reporter molecules in vivo (2005)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hiramatsu
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry In press
• [雑誌論文] Genetic biosensors : Application for medicine, ecomanagement, and in vivo bioimaging (2004)
  • 著者名/発表者名: Masanori Kitamura
  • 雑誌名: Recent Res.Devel.Biophys.Biochem. 4 ページ: 1-13
• [学会発表] Rapid, transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal: Evidence from transgenic sensor mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kasai A, et. al.
  • 学会等名: BMB2007
  • 発表場所: 横浜
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Rapid, transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal : Evidence from transgenic sensor mice (2007)
  • 著者名/発表者名: Kasai, A., Hiramatsu, N., Du, S., Takeda, M., Hayakawa, K., Okamura, M., Yao, J., Kitamura, M
  • 学会等名: BMB 2007
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Rapid,transient induction of ER stress in the liver and kidney after acute exposure to heavy metal: Evidence from transgenic sensor mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kasai A, Hiramatsu N, Du S, Takeda M, Hayakawa K, Okamura M, Yao J, Kitamura M
  • 学会等名: BMB2007
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] Real-time detection and continuous monitoring of ER stress in vitro and in vivo by ES-TRAP: Evidence for systemic, transient ER stress during endotoxemia. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu N, et. al.
  • 学会等名: 39th Annual Meeting of Am Soc Nephrol
  • 発表場所: San Diego
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Cadmium-induced apoptosis of renal tubular cells via endoplasmic reticulum stress: Involvement of selective unfolded protein responses. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi M, et. al.
  • 学会等名: 39th Annual Meeting of Am Soc Nephrol
  • 発表場所: San Diego
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Real-time detection and continuous monitoring of ER stress in vitro and in vivo by ES-TRAP : Evidence for systemic, transient ER stress during endotoxemia (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu, N., Kasai, A., Hayakawa, K., Yao, J., Kitamura, M
  • 学会等名: 39th Annual Meeting of Am Soc Nephrol
  • 発表場所: San Diego
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Cadmium-induced apoptosis of renal tubular cells via endoplasmic reticulum stress : Involvement of selective unfolded protein responses (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokouchi, M., Hiramatsu, N., Hayakawa, K., Kasai, A., Takano, Y., Yao, J., Kitamura, M
  • 学会等名: 39th Annual Meeting of Am Soc Nephrol
  • 発表場所: San Diego
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.med.yamanashi.ac.jp/clinical/molecular/
• [備考]
  • URL: http://www.med.yamanashi.ac.jp/clinical/molecular/
• [産業財産権] 特許権 (2006)
  • 発明者名: 北村正敬
  • 権利者名: 山梨大学
  • 出願年月日: 2006-05-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 外国