生体内における多様な細胞死シグナルの可視化・検出系の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞死を起点とする生体制御ネットワークの解明
• 研究課題/領域番号: 26110005
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山口 良文 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (10447443)
• 研究分担者: 荒川 聡子 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 講師 (90415159)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 細胞死

研究実績の概要

H28年度の成果は以下。
1）パイロトーシスの制御機構と周辺への影響の解析：前年度までに同定したパイロトーシス細胞から放出される因子およびカスパーゼ１により切断される因子の昨日解析を継続している。現在までに、パイロトーシス細胞からのダイイングコード放出に影響を及ぼす新規因子を複数同定した。さらに、パイロトーシス阻害化合物を同定しその作用部位への示唆を得た。
2) パイロトーシス細胞からの多様なダイイングコード放出動態の解析：初年度に報告した、パイロトーシス細胞からのIL-1b放出イメージング（領域の白崎班との共同研究）を展開させ、パイロトーシス細胞から放出されるIL-1b以外のダイングコードの可視化に成功した。
3)マウス発生過程で生じる細胞死の役割と制御の解明：マウス神経管閉鎖後に大量に生じるアポトーシス細胞の性質の同定に成功した。具体的には、マウス間脳-中脳境界部で生じるアポトーシス細胞は蓋板と呼ばれる構造に局在しており、神経板と非神経板領域の境界部の細胞分化運命の性質が転換することにより生じることを示唆するデータを得た。また、これら発生過程で生じる細胞死の制御に関わると予想される細胞代謝についても解析を行い、大量のアポトーシスが生じる神経管閉鎖期に胚のグローバルな代謝変化が生じることを明らかにした(Development, 2016)。
４）オートファジー細胞死を研究する中で、タンパク分泌阻害によりオートファジーが誘導されること、このオートファジーではゴルジ体由来の膜をもとに分泌タンパク質やミトコンドリアなどを隔離しオートファジーが実行されることを見出した（EMBO J, 2016)。通常のオートファジーは、中心体を構成するタンパク質Cep63を分解することで細胞内の中心体数を制御しており、この異常によりガンが発症することも報告した（Nature Commun, 2016)。

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

パイロトーシス細胞からのダイングコード候補およびその放出制御に関わる因子を得ており、今後機能解析を進展させることで、新たな知見が得られるものと期待される。また、in vivoにおけるアポトーシスの制御機構として細胞分化運命が関与することを示唆するデータを得ており、今後の進展が期待できる。さらに、多様なアポトーシスの細胞死の制御機構に関わる機構として代謝変化が想定されているが、発生期に大量に生じるアポトーシスの生成期に胚の代謝変化が生じることを明らかにし論文として報告した(Miyazawa et al., Development, 2017)。また、非アポトーシス性細胞死のひとつであるオートファジー細胞死について詳細な解析を行っており、マウス発生過程やオートファジー誘導の分子機構そのものに関する知見を得ている（Nature Commun, 2016)。

今後の研究の推進方策

本年度は以下の点に引き続き注力し研究を推進していく。
１）死細胞から発せられるダイイングコードの放出動態および機能解析：昨年度に引き続き解析を行うとともに、ダイイングコードの放出動態および作用機序をライブイメージングおよび初代培養細胞・個体を用いた解析により明らかにしていく。
２）発生過程で生じるアポトーシスの制御機構を解明し成果を論文として報告する。
３）多様な細胞死の超微細形態解析を行い、それぞれの細胞死機序の解明に貢献する。
３）非アポトーシス性細胞死であるオートファジー細胞死の生体内での役割について明らかにし論文を報告する。

研究成果

• [雑誌論文] Rewiring of embryonic glucose metabolism via suppression of PFK-1 and aldolase during mouse chorioallantoic branching (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa, H., Yamaguchi, Y., Sugiura, Y., Honda, K., Kondo, K., Matsuda, F., Yamamoto, T., Suematsu, M., and Miura, M
  • 雑誌名: Development 巻: 144 ページ: 63-73
  • DOI: 10.1242/dev.138545
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] HIF-1alpha-PDK1 axis-induced active glycolysis plays an essential role in macrophage migratory capacity (2016)
  • 著者名/発表者名: Semba, H., Takeda, N., Isagawa, T., Sugiura, Y., Honda, K., Wake, M., Miyazawa, H., Yamaguchi, Y., Miura, M., Jenkins, DM., Choi, H., Kim, JW., Asagiri, M., Cowburn, AS., Abe, H., Soma, K., Koyama, K., Katoh, M., Sayama, K., Goda, N., Johnson, RS., Manabe, I., Nagai, R., Komuro, I.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 11635
  • DOI: 10.1038/ncomms11635
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Decreases in body temperature and body mass constitute pre-hibernation remodelling in the Syrian golden hamster, a facultative mammalian hibernator (2016)
  • 著者名/発表者名: Chayama, Y., Ando, L., Tamura, Y., Miura, M., Yamaguchi, Y.
  • 雑誌名: Royal Society Open Science, 2016, DOI: 10.1098/rsos.160002 巻: 3 ページ: 160002
  • DOI: 10.1098/rsos.160002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of LacZ-positive cells in living tissue with single-cell resolution (2016)
  • 著者名/発表者名: Doura, T., Kamiya, M., Obata, F., Yamaguchi, Y., Hiyama, TY., Matsuda, T., Fukamizu, A., Noda, M., Miura, M., and Urano, Y
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 55 ページ: 9620-9624
  • DOI: 10.1002/anie.201603328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy controls centrosome number by degrading Cep63. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Y, Honda S, Konishi A, Arakawa S, Murohashi M, Yamaguchi H, Torii S, Tanabe M, Tanaka S, Warabi E, and Shimizu S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 13508
  • DOI: 10.1038/ncomms13508
  • 査読あり
• [雑誌論文] PPM1D is an essential Ulk1 phosphatase for genotoxic stress-induced autophagy (2016)
  • 著者名/発表者名: Torii S., Yoshida T., Arakawa S., Honda S., Nakanishi A., Shimizu S.
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 17 ページ: 1552-1564
  • DOI: 10.15252/embr.201642565
  • 査読あり
• [雑誌論文] Golgi membrane-associated degradation pathway in yeast and mammals. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H, Arakawa S*(equally contribution), Kanaseki T, Miyatsuka T, Fujitani Y, Watada H, Tsujimoto Y, Shimizu S.
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 35 ページ: 1991-2007
  • DOI: 10.15252/embj.201593191
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Characterization of Bak Clusters Responsible for Cell Death Using Single Molecule Localization Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Nasu Y, Benke A, Arakawa S, Yoshida GJ, Kawamura G, Manley S, Shimizu S, Ozawa T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 27505
  • DOI: 10.1038/srep27505
  • 査読あり
• [学会発表] ゴルジ体を介したタンパク質分解システムの発見 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川聡子、山口啓史、金関悳、清水重臣
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川、横浜）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [学会発表] オートファジー細胞死の個体での解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒川聡子、辻岡政経、桜井一、山口啓史、吉野育代、清水重臣
  • 学会等名: 第２５回日本Cell Death学会学術集会
  • 発表場所: きゅりあん（東京、品川区）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] Investigation of mechanisms for the resistance to ischemia-reperfusion stress during hibernation period in Syrian hamsters (2016)
  • 著者名/発表者名: Anegawa, D., Chayama, Y., Ando, L., Shigenobu, S., Miura, M. Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: 15th International Hibernation Symposium
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 2016-08-01 – 2016-08-05
  • 国際学会
• [学会発表] Elimination of the boundary cells by apoptosis in the dorsal midline of the midbrain after the neural tube closure (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y., Matsumoto, M., Hamachi, M., Nonomura, K., Shinotsuka, N., Miura, M.
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Cell Death”
  • 発表場所: Girona, Spain.
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会
• [学会発表] 死細胞のライブイメージング観察から視えるもの (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口良文
  • 学会等名: 第８１回日本インターフェロン学会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎、長崎）
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-24
  • 招待講演