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2020 年度 実績報告書

Paneth細胞が担う腸内細菌叢の形成からみた疾患リスク上昇メカニズムの理解

研究課題

研究課題/領域番号 20H04098
研究機関北海道大学

研究代表者

中村 公則  北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80381276)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードPaneth細胞 / αディフェンシン / 腸内細菌 / 共生 / 先制医療
研究実績の概要

本研究は、胎児期から乳幼児期における腸内細菌叢制御に関与するαディフェンシンを分泌するPaneth細胞の発達異常が腸内細菌叢形成の破綻を誘導し、疾患リスク上昇に関与するとの仮説を立て、そのメカニズムを栄養制御モデルマウスなどを用いて細胞・分子レベルで証明し、Paneth細胞機能の修復による腸内環境制御機構の正常化を標的とした疾患予防・治療戦略を提案することを目的とする。2020年度は、母親に高脂肪食を投与したモデルマウスを用いて、子の各発達段階におけるPaneth細胞の発達が制御する腸内細菌叢形成メカニズムを解析した。6週齢のICRマウス(雌)に高脂肪食もしくは通常食を5週間自由摂食で負荷した後、通常食を摂取した雄と交配して子マウスを作出し解析した。高脂肪食を摂取した母親由来の子マウス(MHFD)群、通常食を摂取した親由来の子マウスを(MRD)群とし、両群ともに離乳後は通常食を投与した。6週齢において、MRD群と比較してMHFD群で細胞質顆粒が未熟なPaneth細胞の割合が多いことが明らかになった。さらに、Paneth細胞と隣接し、Paneth細胞がニッシェを形成する腸上皮幹細胞数は、MHFD群で減少していることが明らかになった。また、母親自身の腸内細菌叢の解析を行ったところ、高脂肪食摂取の母親は通常食摂取の母親と比較してβ多様性が異なる傾向にあり、α多様性が有意に低下していた。以上の結果は、母親の高脂肪食摂取により子のPaneth細胞の顆粒が未熟になるというPaneth細胞の発達不全を引き起こし、小腸上皮細胞の統合性が保たれなくなっていることを示唆した。また小腸組織よりエンテロイドを作製し、腸管上皮構造の機能的成長解析、Paneth細胞の顆粒分泌機能評価を行うためのエンテロイド生体外可視化ライブイメージング解析法の確立を進めた。

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

現在まで、研究実施計画のどおり、母親の栄養を制御したモデルマウスにより子の各発達段階におけるPaneth細胞の発達が制御する腸内細菌叢形成メカニズムと疾患のリスク素因発生に関与するメカニズムを、組織・細胞さらに分子・遺伝子レベルでの解析を実施している。また、これらモデルマウスの結果と今後解析予定であるヒト便サンプルによるαディフェンシン分泌量測定、腸内細菌叢解析などの実験結果から導かれる介入因子候補物質の評価を可能とする、生体外腸管組織再構築培養法とマイクロインジェクション法による可視化評価システムの樹立も計画にどおりに進行中である。

今後の研究の推進方策

今後は研究実施計画に基づき、2020年度から引きつづきPaneth細胞の発達が制御する早期ライフステージ腸内環境の形成とその分子メカニズムの解明を目指す。母親の栄養を制御したモデルマウス、無菌マウスおよび当研究室で作出したαディフェンシン欠損(KO)マウスを用いて、子の各発達段階におけるPaneth細胞の発達が制御する腸内細菌叢形成メカニズムと疾患リスク素因発生に関与するメカニズムを組織・細胞さらに分子・遺伝子レベルで解析する。また、現在進行中であるエンテロイド生体外可視化ライブイメージング解析を応用したPaneth細胞活性化および修復効果による腸内環境への影響をハイスループットで 評価可能な測定系を開発し、Paneth細胞の発達を標的とした腸内環境の形成に関与する介入因子の同定を目指す。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Simultaneous real-time analysis of Paneth cell and intestinal stem cell response to interferon-γ by a novel stem cell niche tracking method2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoi Yuki、Adachi Takahiro、Sugimoto Rina、Kikuchi Mani、Ayabe Tokiyoshi、Nakamura Kiminori
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 545 ページ: 14~19

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.01.050

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Paneth cell α-defensin misfolding correlates with dysbiosis and ileitis in Crohn’s disease model mice2020

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Yu、Nakamura Kiminori、Yoshii Aki、Yokoi Yuki、Kikuchi Mani、Shinozaki Ryuga、Nakamura Shunta、Ohira Shuya、Sugimoto Rina、Ayabe Tokiyoshi
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 3 ページ: -

    • DOI

      10.26508/lsa.201900592

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Expression and Localization of Paneth Cells and Their α-Defensins in the Small Intestine of Adult Mouse2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Kiminori、Yokoi Yuki、Fukaya Rie、Ohira Shuya、Shinozaki Ryuga、Nishida Takuto、Kikuchi Mani、Ayabe Tokiyoshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Immunology

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fimmu.2020.570296

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Disease progression-associated alterations in fecal metabolites in SAMP1/YitFc mice, a Crohn’s disease model2020

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Yosuke、Shimizu Yu、Yamano Megumi、Kikuchi Mani、Nakamura Kiminori、Ayabe Tokiyoshi、Aizawa Tomoyasu
    • 雑誌名

      Metabolomics

      巻: 16 ページ: -

    • DOI

      10.1007/s11306-020-01671-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Associations of gut microbiota, dietary intake, and serum short-chain fatty acids with fecal short-chain fatty acids2020

    • 著者名/発表者名
      YAMAMURA Ryodai、NAKAMURA Koshi、KITADA Naoya、AIZAWA Tomoyasu、SHIMIZU Yu、NAKAMURA Kiminori、AYABE Tokiyoshi、KIMURA Takashi、TAMAKOSHI Akiko
    • 雑誌名

      Bioscience of Microbiota, Food and Health

      巻: 39 ページ: 11~17

    • DOI

      10.12938/bmfh.19-010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mycotoxin Deoxynivalenol Has Different Impacts on Intestinal Barrier and Stem Cells by Its Route of Exposure2020

    • 著者名/発表者名
      Hanyu Hikaru、Yokoi Yuki、Nakamura Kiminori、Ayabe Tokiyoshi、Tanaka Keisuke、Uno Kinuko、Miyajima Katsuhiro、Saito Yuki、Iwatsuki Ken、Shimizu Makoto、Tadaishi Miki、Kobayashi-Hattori Kazuo
    • 雑誌名

      Toxins

      巻: 12 ページ: 610~610

    • DOI

      10.3390/toxins12100610

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Serotonin in Human Feces Using Solid Phase Extraction and Column-Switching LC-MS/MS2020

    • 著者名/発表者名
      Hirabayashi Yukiko、Nakamura Kiminori、Sonehara Tsuyoshi、Suzuki Daisuke、Hanzawa Satoru、Shimizu Yu、Aizawa Tomoyasu、Nakamura Koshi、Tamakoshi Akiko、Ayabe Tokiyoshi
    • 雑誌名

      Mass Spectrometry

      巻: 9 ページ: A0081~A0081

    • DOI

      10.5702/massspectrometry.a0081

    • 査読あり
  • [学会発表] クローン病モデルマウスSAMP1/YitFcの慢性回腸炎の免疫病態2020

    • 著者名/発表者名
      村山綾菜、中村公則、菊池摩仁、横井友樹、綾部時芳
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Paneth細胞αディフェンシン による腸内細菌叢制御を介した生体恒常性の維持機構2020

    • 著者名/発表者名
      中村 公則、綾部 時芳
    • 学会等名
      第75回日本体力医学会大会
  • [学会発表] Paneth細胞が担う腸内細菌叢の形成からみた疾患リスク上昇メカニズムの理解2020

    • 著者名/発表者名
      中村公則、綾部時芳
    • 学会等名
      第24回腸内細菌学会学術集会
  • [学会発表] 出生早期からのPaneth細胞発達により制御される腸内細菌定着機構2020

    • 著者名/発表者名
      西田 琢人、中村 公則、横井 友樹、綾部 時芳
    • 学会等名
      第24回腸内細菌学会学術集会
  • [学会発表] 腸内環境がα-defensin isoformの殺菌活性に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      篠崎竜我、中村公則、清水由宇、綾部時芳
    • 学会等名
      第24回腸内細菌学会学術集会
  • [学会発表] Paneth細胞の機能異常は腸内細菌叢の破綻を介してNASH発症に関与する2020

    • 著者名/発表者名
      中村駿太、中村公則、菊池摩仁、横井友樹、大平修也、清水由宇、西田琢人、綾部時芳
    • 学会等名
      第24回腸内細菌学会学術集会
  • [学会発表] 膵癌初期発生における膵腸相関2020

    • 著者名/発表者名
      小野裕介、中村公則、清水由宇、横井友樹、杉本理菜、早川祐子、佐藤裕基、水上裕輔、奥村利勝、綾部時芳
    • 学会等名
      第24回腸内細菌学会学術集会

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公開日: 2021-12-27  

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