細胞膜有機イオン輸送体および接着分子による新規微生物認識機構の解明と腸炎への関与

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23590931
• 研究機関: 旭川医科大学
• 研究代表者: 藤谷 幹浩 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (80322915)
• 研究分担者: 大竹 孝明 旭川医科大学, 医学部, 講師 (10359490)
• キーワード: 腸内細菌 / 炎症性腸疾患 / ポリリン酸 / トランスポーター / エンドサイトーシス / インテグリン

研究概要

１．腸内細菌由来の生理活性物質の同定とその認識機構に関係する細胞表面分子の解明
前年度までに、新規麦芽乳酸菌の培養上清から腸管上皮バリア機能を増強する活性物質であるポリリン酸を同定することに成功した。また、ポリリン酸の生理作用を仲介する分子は腸管上皮細胞膜のインテグリンであることを明らかにした。今年度は、各種腸管上皮細胞株にインテグリンのshRNAを導入して発現抑制細胞株を作製し、乳酸菌由来ポリリン酸の作用が減弱することを確認した。
２．新規の細菌認識機構による細胞内環境の変化とそのメカニズムの解明．
前年度までに、乳酸菌由来ポリリン酸投与により腸管上皮のmicroRNAプロファイルが変化すること、標識ポリリン酸が腸管上皮細胞に取り込まれることを明らかにした。今年度は、腸管上皮によるポリリン酸の取り込み機構について、エンドサイトーシス関連分子であるカベオリンおよびクラスリンに注目して解析を行った。その結果、カベオリンの機能阻害によりポリリン酸の作用が著しく低下すること、クラスリンの機能阻害ではポリリン酸の作用に変化がないことを明らかにした。さらに、カベオリンのshRNAを導入した腸管上皮細胞株では、ポリリン酸による細胞防御蛋白誘導作用がほぼ消失した。以上から、ポリリン酸の作用はカベオリン依存性のエンドサイトーシスによって仲介されることが示唆された。これは、エンドサートーシスを介した新規の宿主‐細菌相互作用機構の存在を示唆するものである。
３．腸管炎症モデルマウスおよびヒト腸管炎症において，これら新規の細菌認識機構の発現を調べ，腸管炎症の病態との関連性を明らかにする．
今年度は、慢性腸炎マウスモデルにおける、ポリリン酸の腸管障害改善作用や線維化改善効果を明らかにした。現在、インテグリンやカベオリン抑制モデルを構築中であり、このモデルを用いてポリリン酸の腸管障害改善効果を検証していく。

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

１．腸内細菌由来の生理活性物質を同定とその認識機構に関係する細胞表面分子の解明
新規麦芽乳酸菌の培養上清から腸管上皮バリア機能を増強する活性物質であるポリリン酸を同定することに成功した。さらに、このポリリン酸の生理作用を仲介する分子が腸管上皮細胞膜のインテグリンと結合すること、インテグリンの発現抑制細胞株では、乳酸菌由来ポリリン酸の作用が減弱することを確認し、ポリリン酸の作用が腸管上皮のインテグリンによって仲介されること明らかにした。したがって、この検討項目については、おおむね目標を達成したと考える。
２．新規の細菌認識機構による細胞内環境の変化とそのメカニズムの解明．
ポリリン酸投与により腸管上皮のmicroRNAプロファイルが変化すること、ポリリン酸はインテグリンと結合した後、カベオリン依存性のエンドサイトーシスにより腸管上皮細胞に取り込まれることを明らかにした。次年度は、ポリリン酸がエンドサイトーシスによって取り込まれる過程と引き続き腸管障害改善作用を発揮する過程の詳細なメカニズムを明らかにしていく。
３．腸管炎症モデルマウスおよびヒト腸管炎症において，これら新規の細菌認識機構の発現を調べ，腸管炎症の病態との関連性を明らかにする。
今年度は、慢性腸炎マウスモデルにおける、ポリリン酸の腸管障害改善作用や線維化改善効果を明らかにした。今後、インテグリンやカベオリン抑制モデルを用いて、ポリリン酸の腸管障害改善効果を検証していく。以上のように当初の計画通り成果を上げていることから、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

１．腸内細菌由来の生理活性物質の同定とその認識機構に関係する細胞表面分子の解明
これまで、新規麦芽乳酸菌の培養上清から腸管上皮バリア機能を増強する活性物質であるポリリン酸を同定し、ポリリン酸の生理作用を仲介する分子は腸管上皮細胞膜のインテグリンであることを明らかにした。さらに、各種腸管上皮細胞株にインテグリンのshRNAを導入して発現抑制細胞株を作製し、乳酸菌由来ポリリン酸の作用が減弱することを確認した。今後は、in vivoのインテグリン抑制モデルを用いてポリリン酸の作用の変化を明らかにしていく。
２．新規の細菌認識機構による細胞内環境の変化とそのメカニズムの解明．
前年度までに、乳酸菌由来ポリリン酸投与により腸管上皮のmicroRNAプロファイルが変化すること、ポリリン酸の腸管障害改善作用がカベオリン依存性のエンドサイトーシスによって仲介されることを明らかにした。今後は、ポリリン酸がエンドサイトーシスによって取り込まれる過程と引き続き腸管障害改善作用を発揮する過程の詳細なメカニズムを明らかにしていく。
３．腸管炎症モデルマウスおよびヒト腸管炎症において，これら新規の細菌認識機構の発現を調べ，腸管炎症の病態との関連性を明らかにする．
今年度は、慢性腸炎マウスモデルにおける、ポリリン酸の腸管障害改善作用や線維化改善効果を明らかにした。今後は、インテグリンやカベオリン抑制モデルをを用いてポリリン酸の腸管障害改善効果を検証していく。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

研究成果

• [雑誌論文] Traffic control of bacteria-derived molecules- A new system of host-bacterial crosstalk. (2013)
  • 著者名/発表者名: Konishi H, Fujiya M, Kohgo Y.
  • 雑誌名: International Journal of Cell Biology 巻: 2013 ページ: 8
  • DOI: 10.1155/2013/757148.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Image-enhanced endoscopy for the diagnosis of colon neoplasms. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujiya M, Kohgo Y.
  • 雑誌名: Gastrointest Endosc 巻: 77 ページ: 111-118
  • DOI: 10.1016/j.gie.2012.07.031.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paneth cell regulate gut inflammation, thereby inducing chemotaxis of dendritic cells and cytokine production from epithelial cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Ayabe T, Ishikawa C, Inaba Y, Tanabe H, Maemoto A, Kono T, Ashida T, Fujiya M, Kohgo Y
  • 雑誌名: Tohoku Journal of Experimental Medicine 巻: 227 ページ: 39-48
  • DOI: 10.1620/tjem.227.39.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isoleucine, an essential amino acid, induces the expression of human  defensin 2 through the activation of the G-protein coupled receptor-ERK pathway in the intestinal epithelia. (2012)
  • 著者名/発表者名: Konno Y, Ashida T, Inaba Y, Ito T, Tanabe H, Maemoto A, Ayabe T, Mizukami Y, Fujiya M, Kohgo Y.
  • 雑誌名: Food and Nutrition Sciences 巻: 3 ページ: 548-555
  • DOI: 10.4236/fns.2012.34077.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pseudo-diverticular formation due to a cytomegalovirus infection in the colorectum. (2012)
  • 著者名/発表者名: Muto M, Sato R, Fujiya M, Tanaka K, Serikawa S, Hayashi A, Konno Y, Sakamoto J, Nishikawa T, Oikawa K, Ueno N, Ikuta K, Mizukami Y, Tanno S, Watari J, Kohgo Y.
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 24 ページ: 193
  • DOI: 10.1111/j.1443-1661.2011.01188.x.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Back-to-Back Comparison of Auto-Fluorescence Imaging (AFI) versus High Resolution White Light Colonoscopy for Adenoma Detection. (2012)
  • 著者名/発表者名: Moriichi K, Fujiya M, Sato R, Watari J, Nomura Y, Nata T, Ueno N, Maeda S, Kashima S, Itabashi K, Ishikawa C, Inaba Y, Ito T, Okamoto K, Tanabe H, Mizukami Y, Saitoh Y, Kohgo Y.
  • 雑誌名: BMC Gastroenterology 巻: 12 ページ: 75
  • DOI: 10.1186/1471-230X-12-75.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Competence and sporulation factor derived from Bacillus subtilis improves epithelial cell injury in intestinal inflammation via immunomodulation and cytoprotection. (2012)
  • 著者名/発表者名: Okamoto K, Fujiya M, Nata T, Ueno N, Inaba Y, Ishikawa C, Ito T, Moriichi K, Tanabe H, Mizukami Y, Chang EB, Kohgo Y.
  • 雑誌名: Int J Colorectal Diseases 巻: 27 ページ: 1039-46
  • DOI: 10.1007/s00384-012-1416-8.
  • 査読あり
• [学会発表] Probiotic-derived polyphosphate inhibits colon cancer progression through the inactivation of the ERK pathway and the induction of cancer cell apoptosis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakatani A, Fujiya M, Konishi H, Segawa S, Kashima S, Ueno N, Tanaka K, Dokoshi T, Ando K, Tominaga M, Inaba Y, Ito T, Tanabe H, Moriichi K, Kohgo Y.
  • 学会等名: DDW 2013 (AGA)
  • 発表場所: Orland
  • 年月日: 20130518-20130521
• [学会発表] A probiotic-derived polyphosphate improves chronic inflammation and fibrosis via caveolin-dependent endocytosis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Konishi H, Fujiya M, Segawa S, Kashima S, Ueno N, Tanaka K, Sakatani A, Dokoshi T, Ando K, Tominaga M, Inaba Y, Ito T, Tanabe H, Moriichi K, Kohgo Y
  • 学会等名: DDW 2013 (AGA)
  • 発表場所: Orland
  • 年月日: 20130518-20130521
• [学会発表] Polyphosphate is a novel active molecule derived from Lactobacillus brevis that contributes to the maintenance of intestinal homeostasis and the improvement of intestinal injury in acute and chronic experimental colitis.
  • 著者名/発表者名: Fujiya M, Ueno N, Sakatani A, Dokoshi T, Ando K, Nomura Y, Kashima S, Tominaga M, Inaba Y, Ito T, Moriichi K, Kikuchi Y, Okamoto K, Tanabe H, Segawa S, Kobayashi N, Shigyo T, Kohgo Y.
  • 学会等名: DDW 2012 (AGA)
  • 発表場所: San Diego
• [学会発表] microRNA-18a inhibits the progression of colon cancer cells through the direct binding and down-regulation of oncogenic heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 (hnRNPA1).
  • 著者名/発表者名: Fujiya M, Konishi H, Sasaki K, Kohgo Y.
  • 学会等名: 10th Annual Discovery on Target
  • 発表場所: Boston
• [学会発表] Polyphosphate derived from Lactobacillus contributes to the maintenance of intestinal homeostasis and the improvement of intestinal injury in experimental colitis.
  • 著者名/発表者名: Fujiya M, Segawa S, Ueno N, Inaba Y, Moriichi K, Tanabe H, Kohgo Y.
  • 学会等名: 10th Asian IBD Symposium
  • 発表場所: Seoul
• [学会発表] 乳酸菌由来長鎖ポリリン酸は慢性腸炎による腸管障害や線維化を改善する．
  • 著者名/発表者名: 小西弘晃、藤谷幹浩、高後 裕．
  • 学会等名: 第49回日本消化器免疫学会総会
  • 発表場所: 鹿児島
• [学会発表] IL-10欠損マウスの腸炎成立過程におけるパネート細胞由来抗菌ペプチドの役割．
  • 著者名/発表者名: 稲場勇平、藤谷幹浩、高後裕．
  • 学会等名: 第49回日本消化器免疫学会総会
  • 発表場所: 鹿児島
• [学会発表] 乳酸菌由来長鎖ポリリン酸による慢性腸炎および腸管線維化の改善効果．
  • 著者名/発表者名: 藤谷幹浩、小西弘晃，嘉島 伸，瀬川修一、上野伸展，稲場勇平，岡本耕太郎，高後 裕．
  • 学会等名: 第50回小腸研究会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 腸内細菌由来物質の腸上皮内輸送を介した新しい宿主―細菌相互作用機構の同定と炎症性腸疾患
  • 著者名/発表者名: 藤谷幹浩、嘉島 伸、高後 裕．
  • 学会等名: 第99回日本消化器病学会総会
  • 発表場所: 鹿児島
• [学会発表] Infiximab投与は初回手術までの期間を延長し腸管の短縮を軽減する
  • 著者名/発表者名: 藤谷幹浩、坂谷 慧、高後 裕．
  • 学会等名: 第99回日本消化器病学会総会
  • 発表場所: 鹿児島
• [学会発表] 慢性腸炎における腸管障害や線維化に対する乳酸菌由来長鎖ポリリン酸の有用性
  • 著者名/発表者名: 嘉島伸，藤谷幹浩，上野伸展，井尻学見，岡田哲弘、坂谷慧，田中一之，堂腰達矢，安藤勝祥，富永素矢，稲場勇平，伊藤貴博，田邊裕貴，高後裕
  • 学会等名: 第99回日本消化器病学会総会
  • 発表場所: 鹿児島