細胞競合による老化細胞の排除機構の解析

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15785
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 谷村 信行 京都大学, 医学研究科, 助教 (00844557)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 細胞競合 / 細胞老化 / 上皮細胞

研究実績の概要

これまでの研究から、がん原性の変異上皮細胞が、周囲の正常上皮細胞によって細胞競合と呼ばれる現象を介して上皮細胞層から排除されることが示されてきた。一方、ストレスに曝されることにより機能が低下した細胞が、上皮組織から排除されるかについては未解明の点が多い。そこで本研究では、細胞老化を起こすことにより機能の低下した細胞が、細胞競合によって上皮細胞層から排除されるか、さらに、老化細胞の排除に関わる分子機構の解明、排除を促進する新規薬剤の開発を目的としている。これまで、細胞周期を停止させることによって細胞老化を誘導するp21を過剰発現するイヌ腎尿細管上皮由来のMDCK細胞株を作製し、p21過剰発現による老化細胞が周囲の正常上皮細胞によって排除されることを示している。
2020年度中に得られた研究成果は以下の通りである。1) 細胞競合による老化細胞の排除が、マウス生体中の上皮組織においても起こるかを検証するためのマウスを作製した。2) 正常上皮細胞層からの老化細胞の排除を抑制する薬剤を同定した。3) p21過剰発現による老化細胞では活性酸素種 (Reactive Oxygen Species: ROS) の量が増加すること、p21過剰発現細胞が正常上皮細胞に周囲を囲まれた場合はROS量が低下すること、さらにROS量の高い細胞が正常上皮細胞層から排除される可能性を示した。4) 正常上皮細胞層からの老化細胞の排除を促進する薬剤を探索するためのスクリーニング系を構築した。

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

本研究の目的は、1) 老化細胞が細胞競合によって上皮細胞層から排除されるかの検証、2) 正常上皮細胞が老化細胞を排除するための分子メカニズムの探索、3) 老化細胞の排除を促進する薬剤の探索、の3点である。1) については、老化細胞がマウス生体中の上皮組織においても排除されるかを検証するためのマウスを作製した。2) については、正常上皮細胞による老化細胞の排除を抑制する薬剤を同定した。また、老化細胞の排除にはROSが関与することを示した。3) については、正常上皮細胞による老化細胞の排除を促進する薬剤を探索するためのスクリーニング系を構築した。この系は、スクリーニング系としての精度基準（CV値が10%以下であること、Z’-factorが0.5以上であること）を満たすことを確認した。
以上のことから、研究はおおむね計画通りに進んでいると言える。

今後の研究の推進方策

まずは、上に記したマウスを用いることにより、生体中の上皮組織においても老化細胞の排除が起こるかを検証する。また、老化細胞の排除を抑制することがわかった薬剤の標的因子や、ROS産生に関与する因子のノックダウンまたはノックアウトを行い、これらの因子が実際に老化細胞の排除に関与するかを検証する。さらに、構築されたスクリーニング系を用いて、上皮細胞層からの老化細胞の排除を促進する薬剤を探索する。得られた薬剤を本研究で作製したマウスに投与し、この薬剤が生体における老化細胞の排除に寄与するかを検証する。このようにして、老化細胞を排除することにより組織の恒常性の維持を促進し、臓器の正常な機能を保持するための治療方法の開発に繋がる研究を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

別財団から1年間の研究助成を受けることができたことと、また、当初の見込みより消耗品などの使用量を抑えることができ、さらにコロナによる出張機会の減少により、その分の経費が次年度使用額として生じた。今年度は、細胞競合モデルマウスを用いた実験と薬剤スクリーニングを継続する予定であり、それらの費用として使用する計画を立てている。

研究成果

• [雑誌論文] The CD44/COL17A1 Pathway Promotes the Formation of Multilayered, Transformed Epithelia. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kozawa K, Sekai M, Ohba K, Ito S, Sako H, Maruyama T, Kakeno M, Shirai T, Kuromiya K, Kamasaki T, Kohashi K, Tanaka S, Ishikawa S, Sato N, Asano S, Suzuki H, Tanimura N, Mukai Y, Gotoh N, Tanino M, Tanaka S, Natsuga K, Soga T, Nakamura T, Yabuta Y, Saitou M, Ito T, Matsuura K, (7 members), and Fujita Y
  • 雑誌名: Current Biology 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovering How Heme Controls Genome Function Through Heme-omics (2020)
  • 著者名/発表者名: Liao Ruiqi、Zheng Ye、Liu Xin、Zhang Yuannyu、Seim Gretchen、Tanimura Nobuyuki、Wilson Gary M.、Hematti Peiman、Coon Joshua J.、Fan Jing、Xu Jian、Keles Sunduz、Bresnick Emery H.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 31 ページ: 107832～107832
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107832
  • 査読あり / オープンアクセス