加齢と疾患におけるオルガネラクロストーク障害と臓器恒常性の破綻の機序解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02727
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 稲城 玲子 東京大学, 医学部附属病院, 特任教授 (50232509)
• 研究分担者: 平川 陽亮 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (10780736) ; 南学 正臣 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (90311620) ; 田中 哲洋 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (90508079) ; 西 裕志 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (90784174) ; 井上 剛 東京大学, 医学部附属病院, 特任助教 (30821665)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 小胞体ストレス / ミトコンドリアストレス / 尿細管炎症 / オルガネラクロストーク / ミトコンドリアDNA / cGAS-STING経路 / 急性腎不全

研究実績の概要

本研究では、オルガネラスロストークによる新しいエネルギー代謝制御機構や炎症反応制御機構の解明、それが臓器恒常性破綻に及ぼす影響を検討する。 本年度は、小胞体―ミトコンドリア間のオルガネラクロストークによる新たな炎症反応の制御機構を分子レベルで解明し、それらの腎臓、特に尿細管細胞における病態生理学的意義を明らかにすることを試みた。
近年、細胞内の自己DNA断片がcyclic GMP-AMP synthase（cGAS）を活性化し、小胞体膜上アダプター蛋白であるstimulator of interferon genes(STING)、及びその下流分子の活性化を介して炎症を誘導することがわかってきた。そこで、近位尿細管におけるシスプラチンの炎症誘導とcGAS-STING経路の関連を検討した。シスプラチン負荷ヒト近位尿細管細胞株HK-2では、cGAS、STINGの活性化、下流の炎症性サイトカイン産生の惹起、好中球の遊走を引き起こすこと、それらの現象が、siRNAによるSTING knock downによって有意にて抑制されることが明らかとなった。さらに興味深いことに、シスプラチンによるcGAS-STING経路の活性化には細胞質に漏出したミトコンドリアDNA（mtDNA）が関与しており、事実、EtBr前処理によりmtDNAが減少したHK-2では、cGAS-STING経路の活性化、それに伴う炎症反応が有意に抑制された。in vivo解析では、シスプラチン腎症モデルマウスにおいてcGASとSTINGの活性亢進、下流炎症性サイトカインの発現亢進などを明らかにした。
以上の結果から、シスプラチンは近位尿細管細胞ミトコンドリアDNA漏出によりcGAS-STING経路を活性化、それを介した炎症反応を惹起することを見いだし、シスプラチン腎症における炎症反応の新たな分子機構を明らかにした。

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

今年度の成果から、尿細管においてcGAS-STING経路を介した小胞体―ミトコンドリア間相互作用の活性化が尿細管炎症を惹起すること、小胞体ーミトコンドリア 間のオルガネラクロストークの維持が尿細管恒常性維持に重要であることを明らかにすることが出来た。 本研究成果は国内外の学会で発表され、英文雑誌 (Cell reports)に掲載された。

今後の研究の推進方策

本年度の成果に基づき、さらに腎障害によるミトコンドリア代謝変動に関連する小胞体ストレス応答経路 (unfolded protein response, UPR)分子の探索、その 病態生理学的意義の解明に着手する。特に、腎障害(糸球体・尿細管病変や腎機能低下)に相関して変動する糖・脂質・アミノ酸代謝経路を絞り込む。それによって、1)腎障害時の組織内エネルギー代謝の変動、2)前述の変動に関連するUPR分子やオルガネラ相互作用の絞り込み、3)代謝性疾患関連腎臓病 (糖尿病性腎臓病、脂質異常症)モデル動物の糸球体・尿細管における、上記候補UPR分子群とミトコンドリアエネルギー代謝の関連性、その他のオルガネラクロストークの役割などを検討する。それら成果から、オルガネラクロストークという観点から新しい腎臓病態生理学の解明を目指す。
小胞体－ミトコンドリア間相互作用以外のオルガネラ間クロストークの腎臓における病態生理学的活性に関して、我々はこれまでに、ミトコンドリアと一次繊毛の相互作用を示唆する成果を得ている。一次繊毛の機能異常は尿細管障害の病因として研究が進められているが、オルガネラクロストークの観点からその詳細な解析を進め、新たな病因論の解明を目指す。

研究成果

• [国際共同研究] University of Miami/L. Miller School of Medicine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Miami/L. Miller School of Medicine
• [国際共同研究] University of Virginia/Division of Nephrology(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Virginia/Division of Nephrology
• [雑誌論文] ATF6α downregulation of PPARα promotes lipotoxicity-induced tubulointerstitial fibrosis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jao TM, Nangaku M, Wu CH, Sugahara M, Saito H, Maekawa H, Ishimoto Y, Aoe M, Inoue T, Tanaka T, Staels B, Mori K, Inagi R.
  • 雑誌名: Kidney Int. 巻: 95 ページ: 577-589
  • DOI: 10.1016/j.kint.2018.09.023.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-canonical cholinergic anti-inflammatory pathway-mediated activation of peritoneal macrophages induces Hes1 and blocks ischemia/reperfusion injury in the kidney. (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue T, Abe C, Kohro T, Tanaka S, Huang L, Yao J, Zheng S, Ye H, Inagi R, Stornetta RL, Rosin DL, Nangaku M, Wada Y, Okusa MD.
  • 雑誌名: Kidney Int. 巻: 95 ページ: 563-576
  • DOI: 10.1016/j.kint.2018.09.020.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Organelle crosstalk in the kidney. (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue T, Maekawa H, Inagi R.
  • 雑誌名: Kidney Int. 巻: 95 ページ: 1318-1325
  • DOI: 10.1016/j.kint.2018.11.035.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SMPDL3b modulates insulin receptor signaling in diabetic kidney disease. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitrofanova A, Mallela SK, Ducasa GM, Yoo TH, Rosenfeld-Gur E, Zelnik ID, Molina J, Varona Santos J, Ge M, Sloan A, Kim JJ, Pedigo C, Bryn J, Volosenco I, Faul C, Zeidan YH, Garcia Hernandez C, Mendez AJ, Leibiger I, Burke GW, Futerman AH, Barisoni L, Ishimoto Y, Inagi R, Merscher S, Fornoni A.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 10 ページ: 2692.
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10584-4.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATP-binding cassette A1 deficiency causes cardiolipin-driven mitochondrial dysfunction in podocytes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ducasa GM, Mitrofanova A, Mallela SK, Liu X, Molina J, Sloan A, Pedigo CE, Ge M, Santos JV, Hernandez Y, Kim JJ, Maugeais C, Mendez AJ, Nair V, Kretzler M, Burke GW, Nelson RG, Ishimoto Y, Inagi R, Banerjee S, Liu S, Szeto HH, Merscher S, Fontanesi F, Fornoni A.
  • 雑誌名: J Clin Invest. 巻: 129 ページ: 3387-3400
  • DOI: 10.1172/JCI125316.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lipotoxicity in Kidney, Heart, and Skeletal Muscle Dysfunction. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishi H, Higashihara T, Inagi R.
  • 雑誌名: Nutrients. 巻: 11 ページ: 1664.
  • DOI: 10.3390/nu11071664.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neuroimmune interactions and kidney disease. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa S, Inoue T, Inagi R.
  • 雑誌名: Kidney Res Clin Pract. 巻: 38 ページ: 282-294.
  • DOI: 10.23876/j.krcp.19.014.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mitochondrial Damage Causes Inflammation via cGAS-STING Signaling in Acute Kidney Injury. (2019)
  • 著者名/発表者名: Maekawa H, Inoue T, Ouchi H, Jao TM, Inoue R, Nishi H, Fujii R, Ishidate F, Tanaka T, Tanaka Y, Hirokawa N, Nangaku M, Inagi R.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 29 ページ: 1261-1273.e6.
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.09.050.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pathophysiological Role of Organelle Stress/Crosstalk in AKI-to-CKD Transition. (2019)
  • 著者名/発表者名: Maekawa H, Inagi R.
  • 雑誌名: Semin Nephrol. 巻: 39 ページ: 581-588.
  • DOI: 10.1016/j.semnephrol.2019.10.007.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Insights from genetic analysis of tubular biology (2021)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: World Congress of Nephrology 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organelle crosstalk in AKI (2020)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: AKI & CRRT 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of tubules in interstitial fibrosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: Asian Pacific Congress of Nephrology 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] What we learn from metabolome in the kidney (2020)
  • 著者名/発表者名: 稲城玲子
  • 学会等名: 第63回日本糖尿病学会
  • 招待講演
• [学会発表] Organelle crosstalk and tubular inflammation (2020)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: Kedney week 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organelle stress, organelle crosstalk, and kidney disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: 19th TMIMS International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mitochondrial disturbance in DKD and other kidney disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Reiko Inagi
  • 学会等名: World Congress of Nephrology 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グリケーションと加齢・ 代謝性疾患の深いつながり (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲城玲子
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 腎臓病の細胞・オルガネラ連関を深掘りする (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲城玲子
  • 学会等名: 日本抗加齢医学会ーCCVAAシンポジウム２
  • 招待講演
• [備考] 東京大学大学院医学系研究科CKD病態生理学
  • URL: http://www.todai-ckd.com/