低酸素ストレスに対するシステミックな生体応答機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 酸素を基軸とする生命の新たな統合的理解
• 研究課題/領域番号: 26111002
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山本 雅之 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50166823)
• 研究分担者: 鈴木 教郎 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (20447254)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 低酸素 / 遺伝子改変マウス / エリスロポエチン

研究実績の概要

動物個体において、各臓器への酸素供給は赤血球を介して営まれることから、赤血球産生量の調節は微小環境への酸素供給量の変動に直結する。骨髄における赤血球の分化増殖は、腎臓由来の造血因子エリスロポエチン（Epo）により促進されるが、肝臓を中心とした鉄代謝系にも大きな影響を及ぼす。本研究では、低酸素誘導性の赤血球産生系が多臓器における複数の生体調節機構が連携したシステミックな制御系であることに着目し、その分子メカニズム解明を目指している。そのために、（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析、（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析、（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析の３点について研究を展開してきた。
平成２７年度の研究では、エリスロポエチン遺伝子の腎臓特異的な制御領域が転写開始点上流域に広範囲にわたって散在することを明らかにした。この結果をもとに、腎臓におけるエリスロポエチン産生能が著しく低下した遺伝子改変マウスの作出を試みたところ、期待通りに成獣で重篤な貧血を呈するマウスを得た（論文投稿準備中）。また、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の発現制御機構を明らかにするために低酸素応答系因子群の遺伝子改変マウスの解析を行い、PHD2-HIF2経路の重要性を明らかにした（Souma et al, J Am Soc Nephrol）。この成果によって、PHD阻害剤による腎性貧血治療が有効であることを示すことができた。さらに、エリスロポエチン欠乏性貧血マウスの解析を行い、現在利用されている造血刺激製剤（ESA）の個体レベルでの作用機序を明らかにした（論文投稿中）。

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

（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析では、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の制御領域を明らかにし、その機能解析まで行うことができた。また、制御因子の解析も行い、病態との関連を明らかにした。
（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析では、腎臓、骨格筋および肝臓における代謝産物と転写産物の網羅的解析を行い、とくに肝臓において特徴的な遺伝子発現様式を同定した。（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析では、ESAの作用機序を詳細に解析することができた。また、赤芽球におけるエリスロポエチンの標的遺伝子を網羅的に明らかにした。

今後の研究の推進方策

（１）エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析では、エリスロポエチン遺伝子の制御領域と制御因子の詳細な解析を行い、分子メカニズムを明らかにする。そのために、腎エリスロポエチン産生細胞の単離培養技術を確立する。（２）慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析では、慢性低酸素の肝臓において特異的に著しく発現誘導される遺伝子を同定したので、その機能解析を行う。（３）エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析では、赤芽球におけるエリスロポエチンの標的遺伝子を網羅的に明らかにしたので、その制御機構と役割について遺伝子改変マウスを用いた解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Unique cistrome defined as CsMBE is strictly required for Nrf2-sMaf heterodimer function in cytoprotection. (2016)
  • 著者名/発表者名: Otsuki A, Suzuki M, Katsuoka F, Tsuchida K, Suda H, Morita M, Shimizu R, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 巻: 91 ページ: 45-57
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.12.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of renal erythropoietin-producing (REP) cells in the maintenance of systemic oxygen homeostasis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Pflugers Arch 巻: 468 ページ: 3-12
  • DOI: 10.1007/s00424-015-1740-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The NRF2-mediated gene regulation and glucose homeostasis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yagishita Y, Uruno A, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Diabetes and Nutrition 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progenitor stage-specific activity of a cis-acting double GATA motif for Gata1 gene expression. (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriguchi T, Suzuki M, Yu L, Takai J, Ohneda K, and Yamamoto M
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 35 ページ: 805-815
  • DOI: 10.1128/MCB.01011-14
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a functional antioxidant response element within the eighth intron of the human ABCC3 gene. (2015)
  • 著者名/発表者名: Canet MJ, Merrell MD, Harder BG, Maher JM, Wu T, Lickteig AJ, Jackson JP, Zhang DD, Yamamoto M, and Cherrington NJ.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 43 ページ: 93-99
  • DOI: 10.1124/dmd.114.060103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MAFG is a transcriptional repressor of bile acid synthesis and metabolism. (2015)
  • 著者名/発表者名: de Aguiar Vallim TQ, Tarling EJ, Ahn H, Hagey LR, Romanoski CE, Lee RG, Graham MJ, Motohashi H, Yamamoto M, and Edwards PA.
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 21 ページ: 298-310
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2015.01.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] DNA methyltransferase 3a regulates osteoclast differentiation by coupling to an S-adenosylmethionine-producing metabolic pathway. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa K, Iwamoto Y, Kobayashi Y, Katsuoka F, Kawaguchi S, Tsujita T, Nakamura T, Kato S, Yamamoto M, Takayanagi H, and Ishii M.
  • 雑誌名: Nat Med 巻: 21 ページ: 281-287
  • DOI: 10.1038/nm.3774.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Human GATA1 Gene Retains a 5' Insulator That Maintains Chromosomal Architecture and GATA1 Expression Levels in Splenic Erythroblasts. (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriguchi T, Yu L, Takai J, Hayashi M, Satoh H, Suzuki M, Ohneda K, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 35 ページ: 1825-1837
  • DOI: 10.1128/MCB.00011-15
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hypoxia Signaling Cascade for Erythropoietin Production in Hepatocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tojo Y, Sekine H, Hirano I, Pan X, Souma T, Tsujita T, Kawaguchi S, Takeda N, Takeda K, Fong GH, Dan T, Ichinose M, Miyata T, Yamamoto M, and Suzuki N.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 34, 巻: 35 ページ: 2658-2672
  • DOI: 10.1128/MCB.00161-15
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inter-Individual Differences in the Oral Bacteriome Are Greater than Intra-Day Fluctuations in Individuals. (2015)
  • 著者名/発表者名: 16.Sato Y, Yamagishi J, Yamashita R, Shinozaki N, Ye B, Yamada T, Yamamoto M, Nagasaki M, and Tsuboi A.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: e0131607
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0131607
  • 査読あり
• [雑誌論文] . An integrative approach to analyze microarray datasets for prioritization of genes relevant to lens biology and disease. (2015)
  • 著者名/発表者名: 17.Anand D, Agrawal S, Siddam A, Motohashi H, Yamamoto M, and Lachke SA
  • 雑誌名: Genom Data 巻: 5 ページ: 223-227
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-body in vivo monitoring of inflammatory diseases exploiting human interleukin 6-luciferase transgenic mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi M, Takai J, Yu L, Motohashi H, Moriguchi T, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 35 ページ: 3590-3601
  • DOI: 10.1128/MCB.00506-15
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The subcellular localization and activity of cortactin is regulated by acetylation and interaction with Keap1. (2015)
  • 著者名/発表者名: 19.Ito A, Shimazu T, Maeda S, Shah AA, Tsunoda T, Iemura S, Natsume T, Suzuki T, Motohashi H, Yamamoto M, and Yoshida M.
  • 雑誌名: Sci Signal 巻: 8 ページ: ra120
  • DOI: 10.1126/scisignal.aad0667.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amelioration of inflammation and tissue damage in sickle cell model mice by Nrf2 activation. (2015)
  • 著者名/発表者名: 23.Keleku-Lukwete N, Suzuki M, Otsuki A, Tsuchida K, Katayama S, Hayashi M, Naganuma E, Moriguchi T, Tanabe O, Engel JD, Imaizumi M, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 112 ページ: 12169-12174
  • DOI: 10.1073/pnas.1509158112.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] LSD1/KDM1A promotes hematopoietic commitment of hemangioblasts through downregulation of Etv2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi M, Fuse Y, Watanabe M, Andrea CS, Takeuchi M, Nakajima H, Ohashi K, Kaneko H, Kobayashi-Osaki M, Yamamoto M, and Kobayashi M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 112 ページ: 13922-13927
  • DOI: 10.1073/pnas.1517326112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Erythropoietin Synthesis in Renal Myofibroblasts Is Restored by Activation of Hypoxia Signaling (2015)
  • 著者名/発表者名: 2.Souma T, Nezu M, Nakano D, Yamazaki S, Hirano I, Sekine H, Dan T, Takeda K, Fong GH, Nishiyama A, Ito S, Miyata T, Yamamoto M, and Suzuki N.
  • 雑誌名: J Am Soc Nephrol 巻: 27 ページ: 428-438
  • DOI: 10.1681/ASN.2014121184.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The mediator subunit MED16 transduces NRF2-activating signals into antioxidant gene expression. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sekine H, Okazaki K, Ota N, Shima H, Katoh Y, Suzuki N, Igarashi K, Ito M, Motohashi H and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 36 ページ: 407-420
  • DOI: 10.1128/MCB.00785-15
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterizations of Three Major Cysteine Sensors of Keap1 in Stress Response. (2015)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Suzuki T, Hiramoto K, Asami S, Naganuma E, Suda H, Iso T, Yamamoto H, Morita M, Furusawa Y, Negishi T, Ichinose M, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 36 ページ: 271-284
  • DOI: 10.1128/MCB.00868-15.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Keap1-Nrf2 system and diabetes mellitus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Uruno A, Yagishita Y, and Yamamoto
  • 雑誌名: Arch Biochem Biophys 巻: 566C ページ: 76-84
  • DOI: 10.1016/j.abb.2014.12.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular basis of the Keap1-Nrf2 system (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 巻: 88 ページ: 93-100
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.06.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Renal erythropoietin-producing cells in health and disease (2015)
  • 著者名/発表者名: 6.Souma T, Suzuki N and Yamamoto M.
  • 雑誌名: Front Physiol 巻: 6 ページ: 167
  • DOI: 10.3389/fphys.2015.00167
  • 査読あり
• [雑誌論文] EPO産生制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本雅之, 鈴木教郎, 祢津昌広
  • 雑誌名: 腎と透析 巻: 79 ページ: 88-93
  • 査読あり
• [学会発表] Keap1-Nrf2 System: Potential Role in Prevension of Sickle Cell Disease and Inflammation (2015)
  • 著者名/発表者名: Nadine Keleku-Lukwete, Mikiko Suzuki, Akihito Otsuki, Kouhei Tsuchida, Saori Katayama, Makiko Hayashi, Eriko Naganuma, Takashi Moriguchi, Osamu Tanabe, James Douglas Engel, and Masayuki Yamamoto.
  • 学会等名: 57th ASH Annual Meeting
  • 発表場所: Orland (USA)
  • 年月日: 2015-12-05 – 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] A stress-responsive transcriptional factor NRF2 activates hematopoietic stem cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shohei Murakami, Masayuki Yamamoto, Hozumi Motohashi.
  • 学会等名: 57th ASH Annual Meeting
  • 発表場所: Orland (USA)
  • 年月日: 2015-12-05 – 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] ヒトIL6 遺伝子モニターマウスを用いたin vivoイメージングによる炎症状態解析システムの開発とその利用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 真貴子, 高井 淳, 于 磊, 本橋 ほづみ, 森口 尚, 山本 雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 骨格筋におけるNrf2のグリコーゲン代謝制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇留野晃、柳下陽子、山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Keap1-Nrf2システムによるTrsp欠失マウス膵β細胞および視床下部の酸化ストレス防御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柳下陽子、福富俊明、宇留野晃、山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 新規変異体創出によるストレスセンサーKeap1のシステイン残基の機能解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 斎藤良太、平本圭一郎、浅見颯一郎、鈴木隆史、山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] ストレスセンサーKeap1のシステイン変異体ノックインマウスの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅見颯一郎、斎藤良太、平本圭一郎、鈴木隆史、山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Nrf2はPten欠失による脂肪肝炎から肝臓がんの移行を促進する (2015)
  • 著者名/発表者名: 田口恵子, 一戸理沙, 山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] エリスロポエチン遺伝子の腎特異的転写制御領域の解析と腎性貧血モデルマウスの樹立 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野育生, 鈴木教郎, 祢津昌広, 関根弘樹, 相馬友和, 峯岸直子, 清水律子, 山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] GATA因子阻害は非エリスロポエチン産生細胞からの異所性エリスロポエチン発現を誘GATA因子阻害は非エリスロポエチン産生細胞からの異所性エリスロポエチン発現を誘導する (2015)
  • 著者名/発表者名: 金子寛、佐谷秀行、山本雅之、清水律子
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] NRF2-MED16を介した抗酸化遺伝子群の転写活性化機構． (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡崎慶斗, 関根弘樹, 鈴木教郎, 加藤恭丈, 五十嵐和彦, 伊藤光宏, 本橋ほづみ, 山本雅之
  • 学会等名: 第38回分子生物学会/第88回日本生化学会大会合同大会（BMB 2015）
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Aryl hydrocarbon receptor activation in keratinocyte leads to atopic dermatitis-like lesion via artemin induction (2015)
  • 著者名/発表者名: Takanori Hidaka, Eisaku Ogawa, Eri H Kobayashi, Takafumi Suzuki, Taku Fujimura, Setsuya Aiba, Ryuhri Okuyama, Masayuki Yamamoto.
  • 学会等名: 45th Annual Meeting of the European Society for Dermatological Research
  • 発表場所: Rotterdam (Netherland)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] Nrf2欠失ラットはアフラトキシンB1による肝毒性に対して脆弱である (2015)
  • 著者名/発表者名: 田口恵子, 高久美咲, Thomas W. Kensler, 山本雅之.
  • 学会等名: 第42回日本毒性学会学術年会
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（金沢市）
  • 年月日: 2015-06-29 – 2015-07-01
• [学会発表] Nrf2 regulates glucose metabolism-related genes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagishita Y, Uruno A, Katsuoka F, Funayama R, Nakayama K, Yamamoto M
  • 学会等名: 27th Annyal UPCI Scientific Retreat
  • 発表場所: Pittsburgh. USA
  • 年月日: 2015-06-18 – 2015-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] 造血因子エリスロポエチンの細胞系列特異的・低酸素誘導的発現制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木教郎, 関根弘樹, 相馬友和, 東條裕, 袮津昌広, 宮田敏男, 山本雅之.
  • 学会等名: 第13回がんとハイポキシア研究会
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（三島市）
  • 年月日: 2015-06-05 – 2015-06-06
• [学会発表] Hypoxia signaling cascade for in vivo erythropoietin production. (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Suzuki, Hiroki Sekine, Tomokazu Souma, Yutaka Tojo, Masahiro Nezu, Toshio Miyata, Masayuki Yamamoto.
  • 学会等名: Keystone Symposium on Hypoxia
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 2015-05-12 – 2015-05-17
  • 国際学会