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インテグリンによる細胞相互作用の可塑性と堅牢性の生成メカニズムと生体機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K23886
補助金の研究課題番号 22H02623 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分44010:細胞生物学関連
研究機関関西医科大学

研究代表者

木梨 達雄  関西医科大学, 医学部, 学長 (30202039)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワードcell adhesion / integrins / Rap1 / talin / kindlin3 / 細胞接着 / インテグリン
研究開始時の研究の概要

インテグリンは細胞接着を可塑的に制御することによって細胞外環境との相互作用を変化させ、細胞形態、細胞移動や機能、増殖等に重要なシグナル伝達を行う。インテグリンを介するinside-out/outside-inの双方向性シグナル伝達によって発生する少数の高親和性結合と低親和性結合によって細胞接着の可塑性および堅牢性が誘導されるメカニズムを明らかにする。そのため、Rap1によるインテグリン結合分子talin1, kindlin-3の制御を中心に、弱い接着であるローリング過程から安定した接着、およびケモカインによる細胞移動などの生理的過程に生じるインテグリン接着制御を明らかにする。

研究実績の概要

(1)インテグリンを調節する分子間の細胞内結合動態と接着誘導の解明:
LFA1キメラ分子を用いた解析から、talin1との結合はβ7が最も弱く、β2がもっとも強いことが明らかになった。さらに細胞外はLFA1、細胞内はα4β1とα4β7のキメラ分子の細胞内領域(CT)とtalin1結合の一分子解析から、β1、β2、β7 とtalin1の結合力はtalin1結合モチーフ外のアミノ酸に同定された。分子シミュレーションから同定されたアミノ酸領域でtalin1 headループとβ7の距離がβ2よりも離れていることがわかった。
(2)L-selectin・LFA-1/PNAd・ICAM1の白血球接着カスケードの系ではslow rollingの開始とRap1活性化およびtalin1の集積がほぼ同時に生じており、双方向制御の同時性が見出された。α4β7とMAdCAM1では、talin1、kindlin3、Rap1a/Rap1bは、LFA1同様tether/arrestに必須であったか、LFA1と異なりrollingには必要ないことがわかった。また、Rap1が恒常的に活性化するRasa3/Sipa3欠損T細胞では、α4β7がMAdCAM1に対して高親和性に変化し、非還流下では接着が亢進ていた。一方、潅流下では接着が著しく低下した。この結果はLFA1が高親和性へ変化するにはRap1とICAM1の両方が必要であること、rolling接着を亢進させる結果と対照的であった。
(3)細胞極性および細胞接着・移動の制御過程を明らかにする。
接着非依存性のCCL21によるT細胞の細胞極性Rap1依存性に起こるが、さらに遺伝子欠損T細胞の解析からtalin1に依存していることがわかった。さらに活性化するとRap1はRhoAの活性化を引き起こし、talin1のurpod局在を誘導することが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度に樹立したtalin1結合動態測定系を用いて、インテグリン細胞内領域と、talin1の結合動態をキメラ分子を作成して実測できるようになった。インテグリ間のアミノ酸配列の差異からtalin1の結合の強さを決定しているアミノ酸をtalin1結合モチーフの外に同定でき、分子シミュレーションからその理由を推定できた。
α4β7/MAdCAM1とL-selectin/PNAdおよびLFA1/ICAM1による白血球接着カスケードと比較によって、リンパ球ホーミングに重要なインテグリン間で双方向制御の重要な違いを明らかにすることができた。LFA1の場合はRap1によるinside-outシグナルとICAM1の結合による双方向制御が同時に起こることが高親和性結合に必要であるが、α4β7ではinside-outシグナルのみで高親和性に変化する。このため、潅流下では弱い接着であるrollingが生じないことから停止接着が誘導されない結果になる。すなわち、α4β7/MAdCAM1の場合は、inside-outシグナルが必要ないrollingから始まり、outside-inシグナルからinside-outシグナルが順次起こることが重要であることがわかった。

今後の研究の推進方策

ほぼ計画したことが達成できており、今後、高親和性インテグリンの形成に必要なプロセスに加えて、LFA1-talin1結合による張力の測定法導入し、張力発生のメカニズムについて予備的実験を導入する。また、低親和性インテグリンの重要性についてavidityを制御する細胞内輸送過程の関与を明らかにする。リンパ球細胞極性についてはインテグリン非依存性のRho-talin1経路の重要性について、RhoGEF, RhoGAPの解析を導入し、可塑的な細胞極性のメカニズムを明らかにする。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Rap1 organizes lymphocyte front-back polarity via RhoA signaling and talin12023

    • 著者名/発表者名
      Ueda Yoshihiro、Higasa Koichiro、Kamioka Yuji、Kondo Naoyuki、Horitani Shunsuke、Ikeda Yoshiki、Bergmeier Wolfgang、Fukui Yoshinori、Kinashi Tatsuo
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 号: 8 ページ: 107292-107292

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.107292

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Distinct bidirectional regulation of LFA1 and α4β7 by Rap1 and integrin adaptors in T?cells under shear flow2023

    • 著者名/発表者名
      Kamioka Yuji、Ueda Yoshihiro、Kondo Naoyuki、Tokuhiro Keizo、Ikeda Yoshiki、Bergmeier Wolfgang、Kinashi Tatsuo
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 42 号: 6 ページ: 112580-112580

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112580

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The critical role of Rap1-GAPs Rasa3 and Sipa1 in T cells for pulmonary transit and egress from the lymph nodes2023

    • 著者名/発表者名
      Horitani Shunsuke、Ueda Yoshihiro、Kamioka Yuji、Kondo Naoyuki、Ikeda Yoshiki、Naganuma Makoto、Kinashi Tatsuo
    • 雑誌名

      Frontiers in Immunology

      巻: 14 ページ: 1234747-1234747

    • DOI

      10.3389/fimmu.2023.1234747

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Thymocyte Development of Humanized Mice Is Promoted by Interactions with Human-Derived Antigen Presenting Cells upon Immunization2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuhara Takataro、Ueda Yoshihiro、Lee Sung-Il、Odaka Tokifumi、Nakajima Shinsuke、Fujisawa Jun-Ichi、Okuma Kazu、Naganuma Makoto、Okazaki Kazuichi、Kondo Naoyuki、Kamioka Yuji、Matsumoto Mitsuru、Kinashi Tatsuo
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 14 ページ: 11705-11705

    • DOI

      10.3390/ijms241411705

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] LFA1 Activation: Insights from a Single-Molecule Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Kondo Naoyuki、Ueda Yoshihiro、Kinashi Tatsuo
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 11 号: 11 ページ: 1751-1751

    • DOI

      10.3390/cells11111751

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Rap1-Talin1 axis facilitates front-back cell polarity independent of talin1 binding to integrins in lymphocyes.2024

    • 著者名/発表者名
      Ueda Y, Higasa K, Kamioka Y, Kondo N, Horitani S, Ikeda Y, Bergmeier W, Fukui Y, Kinashi T
    • 学会等名
      The 52st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Rap1-GAPs Rasa3 and Sipa1 are required for pulmonary transit and egress from the lymph nodes in T cells.2024

    • 著者名/発表者名
      Horitani S, Ueda Y, Kamioka Y, Kondo N, and Kinashi T
    • 学会等名
      The 52st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Distinct bidirectional regulation of integrins by Rap1, talin1 and kindlin-3 in T cells under shear flow.2024

    • 著者名/発表者名
      Kamioka Y, Ueda Y, Kondo N, Kinashi T
    • 学会等名
      The 52st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Recent progress of integrin research and integrin-targeted therapeutics for immune diseases,2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kinashi
    • 学会等名
      The 51st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Distinct binding properties of integrin adaptors talin1 and kindlin-3 to LFA1 and α4 integrins modulate adhesive responses in static and shear-flow conditions.2022

    • 著者名/発表者名
      N. Kondo, Y. Kamioka, Y. Ikeda, Y. Ueda, T. Kinashi
    • 学会等名
      The 51st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Rap1 facilitates cell polarization via RhoA signaling in T cells,2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Ueda, K. Higasa, Y. Kamioka, N. Kondo, S. Horitani, Y. Ikeda, T. Fukuhara, Y. Fukui, T. Kinashi
    • 学会等名
      The 51st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Subsecond Rap1 activation by outside-in signaling of LFA1/ICAM1 interactions strengthens L-selectin mediated rolling of T cells.2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kamioka, Y. Ueda, N. Kondo, Y. Ikeda, T. Kinashi
    • 学会等名
      The 51st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] The critical role of Rap1GAPs in T cell recirculation and egress from lymph node.2022

    • 著者名/発表者名
      S. Horitani, Y. Ueda, Y. Kamioka, N. Kondo, Y. Ikeda,T. Fukuhara, M. Naganuma, T. Kinashi
    • 学会等名
      The 51st Annual Meeting of the Japanese Society for Immunology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ADesignofintegrin-miniaturefornoveltherapeuticsagainstvirusinfections2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Ikeda, H. Takeda, T. Kinashi
    • 学会等名
      The 45th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 関西医科大学附属生命医学研究所 分子遺伝学部門

    • URL

      http://www3.kmu.ac.jp/molgent/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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