細胞膜崩壊性細胞死によるDAMPs放出のメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 23K27398
• 補助金の研究課題番号: 23H02707 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分49030:実験病理学関連
• 研究機関: 東邦大学
• 研究代表者: 中野 裕康 東邦大学, 医学部, 教授 (70276476)
• 研究分担者: 寺井 健太 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (20616073) ; 白崎 善隆 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (70469948)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2024年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 細胞死 / 細胞膜障害 / DAMPs / １細胞イメージング / in vivoイメージング / imaging / HMGB1 / IL-33 / LCI-S / apoptosis / necroptosis / pyroptosis / 1細胞イメージング

研究開始時の研究の概要

1細胞レベルでのDAMPsのイメージングを行うことで、DAMPsの放出様式の違いや、細胞の死に方により放出されるDAMPsの違い、また細胞の種類により放出されるDAMPsの違いなどの解明を目指す。並行してin vivoでのDAMPs放出のイメージングを行うことで、個体レベルでの細胞障害に伴い、「いつ」、「どこで」、「どの細胞」からDAMPsが放出されるかを明らかにし、将来的にはDAMPsを標的とした治療法の開発につなげることを目的とする。

研究実績の概要

1) HMGB1の放出をin vitroおよびin vivoでlive cell imagingにより可視化することで、DAMPs放出の調節機構を明らかにするために、HMGB1-mCherryトランスジェニック（Tg）マウスを樹立した。樹立したマウス由来の腹腔マクロファージや胎児線維芽細胞を用いてHMGB1-mCherryとIL-1betaの放出機構をLCI-Sにより解析した。その結果アポトーシス、ネクロプトーシス，パイロトーシス細胞から放出されるHMGB1-mCherryの放出のkineticsにはburst modeとsustained modeの２種類が存在することが明らかとなった。さらに興味深いことに同時に測定したIL-1betaの放出には単一モードしかなく、このことはHMGB1の２種類の放出モードを決定しているのは、細胞膜の損傷の程度や細胞死様式ではなく、HMGB1分子自体の特性によっている可能性が示唆された。
2) 多光子顕微鏡を用いてシスプラチン投与腎障害におけるHMGB1-mCherryの放出とGr-1陽性の好中球の動態をimagingしたところ、核内HMG B1-mCherryのシグナルの低い部位にGr-1陽性好中球が浸潤する傾向が認められた。
3) IL-33の放出を解析するために、IL-33-mCherryを恒常的に発現するマクロファージや線維芽細胞、さらに2型肺胞上皮細胞株を樹立した。IL-33-mCherryの放出はアポトーシス、ネクロプトーシスおよびパイロトーシス細胞で認められた。LCI-Sを用いた解析から、細胞膜障害とIL-33-mCherryの細胞外への放出は必ずSYTOX陽性後（つまり細胞膜障害後）の細胞でのみ認められたことから、少なくとも我々の検討した範囲では、生細胞からIL-33が放出される可能性は低いと考えられた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

HMGB1-mCherry Tgマウスのin vivoでの解析も順調に進んでおり、HMGB1の細胞死に伴う放出のモードに二つあることの理由が、HMGB1の分子状態に起因するという新しい可能性を見出した。またIL-33-mCherry発現細胞株を用いた実験は順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

当初の計画には予定していなかったシスプラチン誘導腎障害モデルに、HMGB1に対する中和抗体を投与し、HMGB1の好中球浸潤への因果関係を明らかにする予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Monash University/WEHI(オーストラリア)
• [国際共同研究] Goethe University/Koln University/University Hospital Frunkfurt(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Pavia(イタリア)
• [雑誌論文] SDHAF1 confers metabolic resilience to aging hematopoietic stem cells by promoting mitochondrial ATP production (2024)
  • 著者名/発表者名: Watanuki S, Kobayashi H, Sugiura Y, Yamamoto M, Karigane D, Shiroshita K, Sorimachi Y, Morikawa M, Fujita S, Shide K, Haraguchi M, Tamaki S, Mikawa T, Kondoh H, Nakano H, Sumiyama K, Nagamatsu G, Goda N, Okamoto S, Nakamura-Ishizu A, Shimoda K, Suematsu M, Suda T, Takubo K.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Necroptosis and Its Involvement in Various Diseases (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakano Hiroyasu
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 1444 ページ: 129-143
  • DOI: 10.1007/978-981-99-9781-7_9
  • ISBN: 9789819997800, 9789819997817
• [雑誌論文] Fibroblast growth factor 18 stimulates the proliferation of hepatic stellate cells, thereby inducing liver fibrosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y, Seki T, Kobayashi K, Komazawa-Sakon S, Shichino S, Nishina T, Fukuhara K, Ikejima K, Nagai H, Igarashi Y, Ueha S, Oikawa A, Tsurusaki S, Yamazaki S, Nishiyama C, Mikami T, Yagita H, Okumura K, Kido T, Miyajima A, Matsushima K, Imasaka M, Araki K, Imamura T, Ohmuraya M, Tanaka M, Nakano H
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 6304-6304
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42058-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A high-sensitivity ELISA for detection of human FGF18 in culture supernatants from tumor cell lines (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y, Komazawa-Sakon S, Tanaka M, Kanokogi T, Moriwaki K, Akiba H, Yagita H, Okumura K, Entzminger K.C., Okumura C.J., Maruyama T, Nakano H
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 675 ページ: 71-77
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.06.070
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Interleukin-11を介した大腸恒常性維持機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 仁科隆史, 出口裕, 河内美香, 陳茜愉, 山﨑創, 三上哲夫, 中野裕康
  • 学会等名: 第31回日本 Cell Death 学会学術集会
• [学会発表] Live cell imaging of necroptosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Nakano
  • 学会等名: 3rd Japan-Australia meeting on cell death
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞死による生体応答制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野裕康
  • 学会等名: 第38回老化促進モデルマウス学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸上皮細胞におけるIκBζの役割：IL-17応答性の遺伝子発現を介した腸内細菌叢の調節と自己免疫疾患の抑制 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山﨑創, 猪原直弘, 大村谷昌樹, 恒岡洋右, 八木田秀雄, 片桐翔治, 仁科隆史, 三上哲夫, 中野裕康
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] Unraveling the Role of IL-11-Producing Fibroblasts in Colon Homeostasis (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nishina, Yutaka Deguchi, Hidemi Eguchi, Maika Ozeki, Xiyu Chen, Soh Yamazaki, Tetuo Mikami, Hiroyasu Nakano
  • 学会等名: The 46th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
• [学会発表] FRETバイオセンターSMARTを用いたネクロプトーシスの生体イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野裕康
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Fibroblast growth factor 18 stimulates the proliferation of hepatic stellate cells, thereby inducing liver fibrosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Takao Seki, Yuichi Tsuchiya, Shigeyuki Shichino, Takashi Nishina, Soh Yamazaki, Kouji Matsushima, Hideo Yagita, Ko Okumura, Minoru Tanaka, Hiroyasu Nakano
  • 学会等名: 第52回免疫学会学術集会
• [備考] 東邦大学医学部生化学講座 ラボ専用
  • URL: https://tohobiochemi.jp
• [備考] 東邦大学医学部生化学講座 大学共通
  • URL: https://www.toho-u.ac.jp/med/lab/lab_biochemi/lab_biochemi.html
• [産業財産権] 1.線維芽細胞増殖因子18の測定方法および想定用試薬 (2023)
  • 発明者名: 中野裕康、土屋勇一、田中正人
  • 権利者名: 中野裕康、土屋勇一、田中正人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2023
  • 外国