低酸素シグナルが拓く生活習慣病の新しい病態制御

2014 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: 26111003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 南学 正臣 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (90311620)
• 研究分担者: 合田 亘人 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00245549) ; 武田 憲彦 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (40422307)
• 研究期間 (年度): 2014-06-27 – 2019-03-31
• キーワード: 内科 / ストレス / 生活習慣病 / 低酸素シグナル

研究実績の概要

siRNA library をスクリーニングすることにより、新規 HIF 調節分子として 炎症に関与する転写調節因子であるCEBPdelta を見出した。本知見は炎症と低酸素を結ぶ分子メカニズムとして重要と考えられる。脂肪肝形成に、HIF-1がペルオキシゾームの脂質代謝制御因子のlipin1発現調節を介して防御的に作用することを明らかにした。一方、肝臓の線維化とがん発生に対しては逆に増悪因子として機能することが分かり、HIF-1が病態進展特異的な低酸素応答を示すことを見いだした。また、肝臓内に常在する炎症誘導性T細胞の制御機構におけるHIFの機能解析を開始した。臓器リモデリング過程で重要な役割を果たすマクロファージ活性化におけるHIF-1αの挙動を解析するために、低酸素環境下、および代表的な炎症ストレスであるリポ多糖刺激下でのHIF-1α結合部位を網羅的な解析を開始している。また、HIF-1α結合過程におけるHIF-1α・HIF-2αの相補的、または競合的作用機構を解明するために、HIF-2α欠損マクロファージにおけるHIF-1α結合部位の解析にも着手している。
新規低酸素エフェクター分子の探索に向けた高感度質量分析計を用いた解析システムの構築にも取り組んでいる。
飛田班との共同で有機ルミネッセンスを用いた新しい低酸素感知プローブによる体内臓器の酸素化の評価方法の確立を行った。マウスにイリジウム錯体修飾物による陽性荷電・脂溶性の有機ルミネッセンスプローブを投与し、定常状態での腎臓の細胞内の酸素分圧を評価した。並行して培養尿細管細胞 HK-2 を用いて、培養機の酸素分圧を変化させ、細胞内酸素分圧とリン光寿命の関係を明らかにした。また、三浦班と共同でハダカデバネズミの代謝解析の環境整備を進めている。

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

siRNA library のスクリーニングによる新規 HIF 調節分子の同定と解析については、順調に計画が進展し、既に論文化が出来た。有機ルミネッセンスプローブを用いた研究については、評価系の確立が当初の予想より早く進み、２年目に予定していたモデル動物を用いた実験を既に開始することができている。

今後の研究の推進方策

H26年度に引き続き、マクロファージにおけるHIF-1α結合部位の網羅的解析、およびその制御機構について研究を推進する。HIF-1α結合部位の網羅的解析と併せて、低酸素依存的なエピジェネテック調節機構についても解明を進める。エピジェネティックな調節機構の解明については、ヒストン修飾を調節する化合物などを用いた検討を並行して進める。
非アルコール性脂肪性肝疾患の病態進展におけるHIF-PHD低酸素システムの機能解析を進めるとともに、薬剤性やアルコール性肝炎のモデルにおける低酸素システムの役割とその分子機構の解明にも取り組んでいく。
高感度質量分析計を用いた新規低酸素エフェクター分子の探索システムを軌道に乗せ、公募班との連携のもと、探索を推進する。
有機ルミネッセンスプローブを用いた研究としては、虚血再還流による臓器障害モデル、動物の吸入する酸素分圧を変化させるモデル、貧血により臓器への酸素供給を減少させたモデルなどを用い、体内臓器での酸素分圧の変化の検証に着手している。
マウス、ハダカデバネズミの皮膚線維芽細胞を用いて、種特異的代謝機構についての解析を遂行する。特に酸素濃度依存的な代謝応答機構の解明に着手する。

研究成果

• [雑誌論文] Potential biomarkers of fatigue identified by plasma metabolome analysis in rats. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kume S, Yamato M, Tamura Y, Jin G, Nakano M, Miyashige Y, Eguchi A, Ogata Y, Goda N, Iwai K, Yamano E, Watanabe Y, Soga T, Kataoka Y.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 10 ページ: e0120106
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0120106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inflammation and hypoxia linked to renal injury by CCAAT/enhancer-binding protein delta. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi J, Tanaka T, Eto N, Nangaku M.
  • 雑誌名: Kidney Int 巻: in press ページ: in press
  • DOI: doi: 10.1038/ki.2015.21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Endothelin-converting enzyme is a plausible target gene for hypoxia-inducible factor. (2015)
  • 著者名/発表者名: 7)Khamaisi M, Toukan H, Axelrod JH, Rosenberger C, Skarzinski G, Shina A, Meidan R, Koesters R, Rosen S, Walkinshaw G, Mimura I, Nangaku M, Heyman SN.
  • 雑誌名: Kidney Int 巻: 87 ページ: 761-70
  • DOI: doi: 10.1038/ki.2014.362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation of hypoxia-inducible factors prevents diabetic nephropathy. (2015)
  • 著者名/発表者名: 8)Nordquist L, Friederich-Persson M, Fasching A, Liss P, Shoji K, Nangaku M, Hansell P, Palm F.
  • 雑誌名: J Am Soc Nephrol 巻: 26 ページ: 328-338
  • DOI: doi: 10.1681/ASN.2013090990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypoxia as a key player in the AKI-to-CKD transition. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Tanaka T, Nangaku M.
  • 雑誌名: Am J Physiol Renal Physiol. 巻: 308 ページ: F1187-F1195
  • DOI: doi: 10.1152/ajprenal.00590.2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-invasive diagnosis of coronary artery disease by 123I-BMIPP/201TlCl dual myocardial SPECT in patients with heart failure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Iguchi N, Utanohara Y, Inoue K, Takamisawa I, Seki A, Tanizaki K, Takeda N, Tohbaru T, Asano R, Nagayama M, Takayama M, Umemura J, Sumiyoshi T, Tomoike H.
  • 雑誌名: Int J Cardiol. 巻: 176 ページ: 969-974
  • DOI: doi: 10.1016/j.ijcard.2014.08.129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Necrostatin-1 protects against reactive oxygen species (ROS)-induced hepatotoxicity in acetaminophen-induced acute liver failure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Hatano E, Iwaisako K, Takeiri M, Noma N, Ohmae S, Toriguchi K, Tanabe K, Tanaka H, Seo S, Taura K, Machida K, Takeda N, Saji S, Uemoto S, Asagiri M.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio. 巻: 4 ページ: 777-787
  • DOI: doi: 10.1016/j.fob.2014.08.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcription profiles of the ductus arteriosus in Brown-Norway rats with irregular elastic fiber formation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hsieh YT, Liu NM, Ohmori E, Yokota T, Kajimura I, Akaike T, Ohshima T, Goda N, Minamisawa S.
  • 雑誌名: Circ J. 巻: 78 ページ: 1224-1233
  • DOI: doi:10.1253/circj.CJ-13-1029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of wound healing and fibrosis by hypoxia and hypoxia-inducible factor-1. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ruthenborg RJ, Ban JJ, Wazir A, Takeda N, Kim JW.
  • 雑誌名: Mol Cells 巻: 37 ページ: 637-643
  • DOI: doi: 10.14348/molcells.2014.0150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hypoxia and fatty liver. (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Shinjo S, Arai T, Kanai M, Goda N.
  • 雑誌名: World J Gastroenterol. 巻: 20 ページ: 15087-15097
  • DOI: doi: 10.3748/wjg.v20.i41.15087
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hypoxia and fibrosis in chronic kidney disease: crossing at pericytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T, Mimura I, Shoji K, Tanaka T, Nangaku M.
  • 雑誌名: Kidney Int Suppl 巻: 4 ページ: 107-112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Hypoxia and Renal Disease (2015)
  • 著者名/発表者名: Nangaku M
  • 学会等名: 第８回国際腎臓学会
  • 発表場所: Cape Town, South Africa
  • 年月日: 2015-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] マクロファージの代謝リプログラミングにおける細胞内低酸素センサー (2014)
  • 著者名/発表者名: 仙波宏章, 武田憲彦, 砂河孝行, 杉浦悠毅, 安部元, 相馬桂, 小山雄広, 和氣正樹, 真鍋一郎, 小室一成, 永井良三
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会ワークショップ
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] 慢性腎臓病の進展とエピゲノム~低酸素刺激によるクロマチン立体構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三村維真理
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会ワークショップ
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Hypoxic HIF, Fibrosis, and CKD. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nangaku M
  • 学会等名: 第４７回アメリカ腎臓学会
  • 発表場所: Philadelphia, U.S.A.
  • 年月日: 2014-11-15
  • 招待講演