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2019 年度 実績報告書

生体機能構築基盤としての上皮バリア学の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 19H05468
研究機関大阪大学

研究代表者

月田 早智子  大阪大学, 生命機能研究科, 特任教授 (00188517)

研究分担者 入江 克雅  名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 助教 (20415087)
鈴木 貴  大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任教授(常勤) (40114516)
後藤 慎平  京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (50747219)
足立 誠  京都大学, 医学研究科, 助教 (30335244)
田村 淳  大阪大学, 生命機能研究科, 特任准教授 (00362525)
矢野 智樹  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (20546121)
田中 啓雄  大阪大学, 生命機能研究科, 特任講師 (70795905)
研究期間 (年度) 2019-04-23 – 2024-03-31
キーワード上皮バリア / タイトジャンクション / クローディン / TJ-アピカル複合体 / アピカル細胞骨格 / クライオ電顕 / TJ-ストランド / TJ-MAPs
研究実績の概要

上皮バリアは、タイトジャンクション(TJ)による上皮細胞間バリアと上皮細胞アピカル膜のアピカル面バリアで構成され、上皮細胞シートを横断する物質移動を制限し選択的透過を制御することにより、内部環境を外部からの摂動に対応させ、種々の生体機能を構築する。
本研究は、まず第一に、多様な細胞間バリアについてその特性を解明し、一方で、その分子構築について、クライオ電子顕微鏡による分子構造解析により生体内実態に即して解明することを最終目標とする。当該年度に、目的に適した細胞系を開発した。また、上皮バリアにおいて、アピカル面バリアが「TJ-アピカル複合体」によりTJの細胞間バリアと連携して、時々刻々変化する生体機能を構築・制御する機構を解明することを第二の目標としており、当該年度にTJとアピカル骨格の連動に重要な複数の新規因子について所見を得ることができた。これらの方向性にそった2つのブレークスルーを軸に、生体状況に適応してその特性を変化させる上皮バリアの新しい生体機能統合原理を解明し、上皮バリア学の新展開および操作法の開拓を最終的に目指すための重要な課題について、当該年度に実質的なデーターを得て検討を進めることができた。
当該年度に取り組んだ具体的な課題は以下のようである。1) 新しく樹立した細胞系において、TJ細胞間バリアを構築する27種類のサブタイプのクローディン(Cldn)分子の発現を任意に制御することが可能になった。それらが各々単独、複数で重合してTJを構築した際の細胞間バリアの特性について、解析を進める準備ができた。同時に、通常の電子顕微鏡による観察・解析をすすめ、クライオ電子顕微鏡での分子構造解析に適した試料作製方法の検討を進めた。2)「TJ-アピカル複合体」を介して、TJがアピカル面バリアと機能連携するために重要な微小管結合タンパク質を複数同定して、その機能解析を進めた。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究での上皮バリア研究は、TJの細胞間バリアの生体内実態の解明と「TJ-アピカル複合体」による生体機能の構築・制御原理解明の2課題を目標としており、各々で進捗があった。
TJの細胞間バリアの生体内実態の解明について、当初計画した肝臓毛細胆管画分を用いた解析は、肝臓という複雑に組織構築が入り組んだ臓器からのTJ単離画分の純度を高めることが予想以上に困難であることが判明したため、新たに培養上皮細胞系での実験について計画した。この計画は予想以上に進展し、目的に最適な複数系統の細胞系の確立に成功した。今後、それら培養細胞系での細胞間バリア特性を解析する準備が整った。同時にクライオ電子顕微鏡への応用の準備は、着実に進行しており、今後の展開が期待される。
アピカル面バリアの構築に重要な「TJ-アピカル複合体」の解析についても、TJとアピカル骨格の連携に重要な複数の因子の解析を行い、重要な結果を得た。細胞レベルでは、(1)LUZP1が、新規微小管結合蛋白質(TJMAPs) のひとつ、TJMAP4として、上皮形態形成に重要なapical constrictionに、また、(2)TJMAP2として同定した因子が、細胞間バリアの維持に、重要な役割を果たすことを示した。組織・個体レベルでは、平面内細胞極性 (PCP) 関連因子であるDapleが、微小管の束化因子であることを新規同定して、PCPに沿ったアピカル骨格の配向原理を解明し、気管や内耳において、各々、多繊毛同調運動や有毛細胞聴覚機能を制御することを明らかにした。研究室の状況としては、コロナ禍の影響で、1部の実験計画、研究員雇用が、次年度への繰越しとなるなど、不測の事態もあったが、研究の進展では、上記のように今後の進展も大いに期待できるため、「当初の計画通り概ね順調に進展している」と判断する。

今後の研究の推進方策

本研究での上皮バリア研究は、(1)TJの細胞間バリアの生体内実態の解明と、(2)「TJ-アピカル複合体」によるTJとアピカル面バリアの連携による生体機能構築原理の解明、の2課題を軸として、今後、これまでの成果をさらに発展させる。
(1)当該年度に開発した新規培養細胞系を用いて、今後、細胞間バリアを構築する27種類のクローディン(Cldn)の発現を任意に制御して、生体内で多様なTJ細胞間バリアの特性を解析する。Cldn各々が単独、あるいは、複数で重合したTJによる細胞間バリアの特性の解析を進める。同時に、それらのTJについて、通常の電子顕微鏡での高分解能の構造解析に加え、クライオ電子顕微鏡での解析により、細胞間バリアの培養細胞における生体内実態の解析を推進する。多様な特性を示すTJ細胞間バリアの分子構築を比較検討して、個体生体部位により異なる機能をもつ細胞間バリアの構築機能相関原理を明らかにする。一方で、個体レベル生体部位による上皮細胞間バリア機能の多様性の解明やその操作法の開拓について検討を進める。
(2) 「TJ-アピカル複合体」を分子・細胞・個体レベルで階層縦断的に解析し、細胞間バリアがアピカル面バリアと連携した上皮バリアによる生体機能の構築原理を統合的に解明する。申請者らが同定してきた機能未知のTJMAPsについて、当該年度に解析を進めたが、その解析をさらに進める。さらに、PCPとの関連でも「TJ-アピカル複合体」の解析を進め、気管において、その組織機能である粘液繊毛輸送での複合体の役割の検討をさらに進める。本年度に作製を進めたTJ および「TJ-アピカル複合体」関連タンパク質の遺伝子改変マウスの作製・解析を推進する。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件、 招待講演 8件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The Claudins: From Tight Junctions to Biological Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukita Sachiko、Tanaka Hiroo、Tamura Atsushi
    • 雑誌名

      Trends in Biochemical Sciences

      巻: 44 ページ: 141~152

    • DOI

      10.1016/j.tibs.2018.09.008

  • [雑誌論文] Reciprocal Association between the Apical Junctional Complex and AMPK: A Promising Therapeutic Target for Epithelial/Endothelial Barrier Function?2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukita Kazuto、Yano Tomoki、Tamura Atsushi、Tsukita Sachiko
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 20 ページ: 6012~6012

    • DOI

      10.3390/ijms20236012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Odf2 haploinsufficiency causes a new type of decapitated and decaudated spermatozoa, Odf2-DDS, in mice2019

    • 著者名/発表者名
      Ito Chizuru、Akutsu Hidenori、Yao Ryoji、Yoshida Keiichi、Yamatoya Kenji、Mutoh Tohru、Makino Tsukasa、Aoyama Kazuhiro、Ishikawa Hiroaki、Kunimoto Koshi、Tsukita Sachiko、Noda Tetsuo、Kikkawa Masahide、Toshimori Kiyotaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 14249

    • DOI

      10.1038/s41598-019-50516-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] R40.76 binds to the α domain of ZO-1: role of ZO-1 (α+) in epithelial differentiation and mechano-sensing2019

    • 著者名/発表者名
      Rouaud Florian、Vasileva Ekaterina、Spadaro Domenica、Tsukita Sachiko、Citi Sandra
    • 雑誌名

      Tissue Barriers

      巻: 7 ページ: e1653748

    • DOI

      10.1080/21688370.2019.1653748

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Vinculin is critical for the robustness of the epithelial cell sheet paracellular barrier for ions2019

    • 著者名/発表者名
      Konishi Satoshi、Yano Tomoki、Tanaka Hiroo、Mizuno Tomoaki、Kanoh Hatsuho、Tsukita Kazuto、Namba Toshinori、Tamura Atsushi、Yonemura Shigenobu、Gotoh Shimpei、Matsumoto Hisako、Hirai Toyohiro、Tsukita Sachiko
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 2 ページ: e201900414

    • DOI

      10.26508/lsa.201900414

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interleukin 22 Expands Transit-Amplifying Cells While Depleting Lgr5+ Stem Cells via Inhibition of Wnt and Notch Signaling2019

    • 著者名/発表者名
      Zha Juan-Min、Li Hua-Shan、Lin Qian、Kuo Wei-Ting、Jiang Zhi-Hui、Tsai Pei-Yun、Ding Ning、Wu Jia、Xu Shao-Fang、Wang Yi-Tang、Pan Jian、Zhou Xiu-Min、Chen Kai、Tao Min、Odenwald Matthew A.、Tamura Atsushi、Tsukita Sachiko、Turner Jerrold R.、He Wei-Qi
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology

      巻: 7 ページ: 255~274

    • DOI

      10.1016/j.jcmgh.2018.09.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-dimensional signal transaction during the formation of invadopodia2019

    • 著者名/発表者名
      Noor Azhuan, N. A., Poignard, C., Suzuki, T., Shafie, S., Admon, M.A.
    • 雑誌名

      Malaysian J. Math. Sci.

      巻: 13 ページ: 155-164

    • 査読あり
  • [学会発表] 平面内細胞極性因子による多繊毛同調運動の制御について2020

    • 著者名/発表者名
      中山彰吾
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議 2020
  • [学会発表] 新規PCP制御因子Dapleによる微小管ネットワーク制御機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      中山彰吾, 小西聡史, 難波利典, 高岸麻紀, 矢野智樹, 古田健也, 石原秀至, 大岩和弘, 高橋雅英, 月田早智子
    • 学会等名
      第72回 日本細胞生物学会、オンライン(Web開催)
  • [学会発表] Role of Cep128 in formation of the centriolar subdistal appendage2019

    • 著者名/発表者名
      Kashihara, H., Chiba, S., Kanno, S., Suzuki, K., Yano, T., and Tsukita, S.
    • 学会等名
      ASCB/EMBO 2019 meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of the arrangement of basal bodies in establishment of the coordinated ciliary beating in multi-ciliated cells2019

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, S., Konishi, S., Yano, T., Herawati, E., Kashihara, H., Tamura, A.,and Tsukita, S.
    • 学会等名
      ASCB/EMBO 2019 meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Combination of iPS cells and airway-on-a-chip for disease modeling of primary ciliary dyskinesia.2019

    • 著者名/発表者名
      Sone, N., Konishi, S., Igura, K., Tamai, K., Ikeo, S., Korogi, Y., Yamamoto, Y., Hirai, T., Torisawa, Y., and Gotoh, S.
    • 学会等名
      CiRA 2019 International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Planar cell polarity-dependent distribution of apical microtubules in tracheal multiciliated cells2019

    • 著者名/発表者名
      Nakayama,S., Herawati,E., Takagishi,M., Torisawa,T., Namba,T., Ishihara,S., Yano,T., Tamura,A., Furuta,K., Oiwa,K., Takahashi,M., and Tsukita, S.
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Systems Biology
    • 国際学会
  • [学会発表] Ciliated iPS cells in vitro PCD modeling by using human iPS cells.2019

    • 著者名/発表者名
      Gotoh, S.
    • 学会等名
      PCD foundation “PCD on the Move 2019!”
    • 国際学会
  • [学会発表] Applications of functional lung epithelial cells derived from human pluripotent stem cells.2019

    • 著者名/発表者名
      Gotoh, S.
    • 学会等名
      ATS symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 難治性呼吸器疾患の克服を目指したiPS細胞の利活用2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      第69回浜松呼吸器セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Applications of iPS cells to pulmonology2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      第72回日本胸部外科学会 定期学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒトiPS細胞から見えてきた呼吸器研究の新展開2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      奈良県立医科大学 特別講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] iPS細胞を呼吸器にどう役立てるか2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      第6回東京Asthma & COPD研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] iPS細胞を用いた肺オルガノイドからの呼吸器疾患モデリング2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      千里ライフサイエンスセミナーN2
    • 招待講演
  • [学会発表] Derivation of functional alveolar & airway cells & their applications to disease modeling2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      Columbia Center for Human Development seminar series
    • 招待講演
  • [学会発表] Applications of hiPSCs to Airway and Alveolar Disease Modeling2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平
    • 学会等名
      Stem Cells, Cell Therapies, and Bioengineering In Lung Biology and Diseases Conference
    • 招待講演
  • [学会発表] Claudin-3の結晶構造が明らかにするタイトジャンクション形態の決定要素2019

    • 著者名/発表者名
      中村駿, 入江克雅, 田中啓雄, 田村淳, 月田早智子, 藤吉好則
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 気管上皮における平面内細胞極性因子Dapleを介した多繊毛同調運動形成機構2019

    • 著者名/発表者名
      中山彰吾,ヘラワティエリサ, 高岸麻紀, 鳥澤嵩征,難波利典、矢野智樹、石原秀至,大岩和弘,高橋雅英、月田早智子
    • 学会等名
      第66回日本生化学会近畿支部例会
  • [図書] Make Life Visible (Apical Cytoskeletons help define the barrier functions of epithelial cell sheets in biological systems.)2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukita, S., Yano,T., and Herawati, E.
    • 総ページ数
      292
    • 出版者
      Springer Open
    • ISBN
      9811379106
  • [備考] 月田研究室

    • URL

      https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/tsukita/

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公開日: 2021-12-27  

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