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

2017 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: 北海道大学
• 研究代表者: 山口 良文 北海道大学, 低温科学研究所, 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

１）パイロトーシスの制御機構と周辺への影響の解析：昨年度までに同定した、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候補群の絞り込みをノックアウト解析により行ない、候補因子を絞り込んだ。
２）マウス発生過程で生じる細胞死の役割と制御の解明：昨年に引き続き、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役割について解析し、神経管閉鎖後の表皮の形態形成運動に関与することを明らかにした（登校中）。また、昨年度に報告した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仕事に引き続き、胚の代謝変化期に必要とされる栄養取り込み機構に関わる因子を明らかにした（JCS, 2017)。
３）新規細胞死制御モデル動物の導入：哺乳類の細胞死の制御機構を明らかにするため、冬眠する哺乳類シリアンハムスターを細胞死研究に導入した。まだ仕組みの詳細がわかっていない低温誘導性細胞死の誘導機構を明らかにするモデルとして有用であることを示した。
４）非アポトーシス性細胞死の役割の解析：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の生体での役割を明らかにするため、アポトーシスの起きないBax/Bak DKOマウスと、オートファジー細胞死の起きないAtg5KOマウスをかけあわせ、トリプルノックアウトマウスを作成した。そのマウスを解析した結果、オートファジー細胞死が生体内でアポトーシスの代償機能を果たし胎仔期の指趾や脳の形成に機能していることを明らかにし、論文を発表した(Cell death Diff. 2017)

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の絞り込みに成功しており、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についても進展が見られた。昨年までに明らかにした、大量にアポトーシスが生じる時期の胚の代謝変化に重要な栄養取り込み機構に関わる因子を明らかにし論文として報告した（J Cell Sci,, 2017)。また、細胞死には大きく分けてアポトーシスと、アポトーシスによらない非アポトーシス細胞死があるが、これまで、非アポトーシスの生体内での機能については解析が進んでいなかった。非アポトーシスの代表であるオートファジー細胞死の役割を遺伝学的手法により解明した（Cell Death Diff., 2017)。さらに、新規細胞死制御モデル生物を導入し、いまだその分子機構が不明である低温誘導性細胞死の制御機構に迫るてがかりを得た。

今後の研究の推進方策

本年度は領域の最終年度として、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い、パイロトーシス時のダイイングコード放出機構について論文を発表する。
２）発生過程で生じるアポトーシスの制御機構とその役割について、成果を論文として報告する。
３）組織特異的オートファジー欠損マウスが胎生致死となることを現在までに確認しているが、アポトーシスを起こさないマウスと掛け合わせると、正常に生まれてくることを見出した。このマウスの解析を進め、組織特異的なオートファジー、アポトーシス細胞死機能について明らかにし、論文にまとめる。
4）細胞が細胞接着から剥がれることにより起こる細胞死のアノイーキスについても解析し、アポトーシスやこれまでに報告されている細胞死によらない、新規の細胞死であることを見出している。これについても論文にまとめる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Bonn(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Bonn
• [雑誌論文] Dram1 regulates DNA damage-induced alternative autophagy (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagata Meruna、Arakawa Satoko、Yamaguchi Hirofumi、Torii Satoru、Endo Hazuki、Tsujioka Masatsune、Honda Shinya、Nishida Yuya、Konishi Akimitsu、Shimizu Shigeomi
  • 雑誌名: Cell Stress 巻: 2 ページ: 55～65
  • DOI: 10.15698/cst2018.03.127
  • 査読あり
• [雑誌論文] The CCR4-NOT deadenylase complex controls Atg7-dependent cell death and heart function (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi T, Suzuki T, Sato T, Takahashi A, Watanabe H, Kadowaki A, Natsui M, Inagaki H, Arakawa S, Nakaoka S, Koizumi Y, Seki S, Adachi S, Fukao A, Fujiwara T, Natsume T, Kimura A, Komatsu M, Shimizu S, Ito H, Suzuki Y, Penninger JM, Yamamoto T, Imai Y, Kuba K
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 11 ページ: 3638～3638
  • DOI: 10.1126/scisignal.aan3638
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arl8b is required for lysosomal degradation of maternal proteins in the visceral yolk sac endoderm of mouse embryos (2017)
  • 著者名/発表者名: Oka Miho、Hashimoto Keisuke、Yamaguchi Yoshifumi、Saitoh Shin-ichiro、Sugiura Yuki、Motoi Yuji、Honda Kurara、Kikko Yorifumi、Ohata Shinya、Suematsu Makoto、Miura Masayuki、Miyake Kensuke、Katada Toshiaki、Kontani Kenji
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 130 ページ: 3568～3577
  • DOI: 10.1242/jcs.200519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural tube closure and embryonic metabolism (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Yoshifumi、Miyazawa Hidenobu、Miura Masayuki
  • 雑誌名: Congenital Anomalies 巻: 57 ページ: 134～137
  • DOI: doi: 10.1111/cga.12219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperoxidation of ether-linked phospholipids accelerates neutrophil extracellular trap formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yotsumoto Satoshi、Muroi Yuito、Chiba Tatsuya、Ohmura Rio、Yoneyama Maki、Magarisawa Megumi、Dodo Kosuke、Terayama Naoki、Sodeoka Mikiko、Aoyagi Ryohei、Arita Makoto、Arakawa Satoko、Shimizu Shigeomi、Tanaka Masato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15668-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of Atg5-dependent cell death in the embryonic development of Bax/Bak double-knockout mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Satoko、Tsujioka Masatsune、Yoshida Tatsushi、Tajima-Sakurai Hajime、Nishida Yuya、Matsuoka Yosuke、Yoshino Ikuyo、Tsujimoto Yoshihide、Shimizu Shigeomi
  • 雑誌名: Cell Death & Differentiation 巻: 24 ページ: 1598～1608
  • DOI: 10.1038/cdd.2017.84
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring of Atg5-Independent Mitophagy (2017)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Satoko、Honda Shinya、Torii Satoru、Tsujioka Masatsune、Shimizu Shigeomi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2017 Apr 30
  • DOI: 10.1007/7651_2017_16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular mechanisms and physiological roles of Atg5/Atg7-independent alternative autophagy (2017)
  • 著者名/発表者名: Arakawa S, Honda S, Yamaguchi H, Shimizu S
  • 雑誌名: Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 巻: 93 ページ: 378~385
  • DOI: 10.2183/pjab.93.023
  • 査読あり
• [学会発表] カスパーゼ１活性の可視化から明らかになったインフラマソーム活性化様 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口良文、劉ティン、三浦正幸
  • 学会等名: 日本病態プロテアーゼ研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類冬眠動物が有する低体温耐性のメカニズムの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 姉川大輔、茶山由一、泰井宙輝、安藤理沙、藤本貴之、佐藤佑哉、重信秀治、三浦正幸、山口良文
  • 学会等名: 第26回日本Cell Death学会
  • 招待講演
• [学会発表] Apoptosis is required for maintaining the character of the midbrain roof plate after the neural tube closure (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y., Matsumoto, Y., Hamachi, M., Yoshida, and Miura, M
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rewiring of Embryonic Energy Metabolism During Mouse Chorioallantoic Branching (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Yamaguchi
  • 学会等名: 50th Annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 哺乳類の代謝が全身性に変わる二つの局面～「胚発生」と「冬眠」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口良文
  • 学会等名: がんと代謝研究会
  • 国際学会 / 招待講演
• [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 (2017)
  • 著者名/発表者名: 荒川聡子、山口啓史、清水重臣
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）（第40回日本分子生物学会年会）
  • 招待講演