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2021 年度 実績報告書

物理化学的刺激を感知するTRPチャネルが乳腺組織の形態形成と乳分泌を制御する機構

研究課題

研究課題/領域番号 21H02337
配分区分補助金
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 謙  北海道大学, 農学研究院, 准教授 (30449003)

研究分担者 川原 学  北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70468700)
磯部 直樹  広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (80284230)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード乳腺上皮細胞 / TRPチャネル / 物理化学的刺激 / 乳産生 / 形態形成 / タイトジャンクション
研究実績の概要

乳腺上皮細胞は妊娠にともなって増殖・分化し、分娩後に乳分泌を行う細胞である。また、乳腺上皮細胞は温度・伸縮などの物理的刺激やpH変化・生理活性物質などの化学的刺激に曝される細胞でもある近年、温度感受性TRPチャネルが温度のみならず、機械刺激、浸透圧刺激、生理活性物質などの化学刺激をも感知し、細胞の性状を調節することが明らかになりつつある。そこで本研究では物理化学的刺激を感知するTRPチャネルが乳腺上皮組織の形態形成と乳産生を調節すると仮説を立て、その実証を進めている。
研究初年度の今年は、特定のTRPチャネルをノックアウトした細胞において野生型の細胞と乳産生能力に違いがあるかを調べた。その結果、予想に反してノックアウト細胞と野生型細胞の間に違いは認められなかった。しかし、培養温度の変化や生理活性物質に対する応答性に違いがあった。培養液中の浸透圧を調節した実験では、乳腺上皮細胞のカゼイン産生能が浸透圧依存的に増減することがわかった。また、乳腺上皮細胞のスフェロイドを三次元培養した形態形成モデルの実験では、培養温度の上昇が乳腺上皮細胞の増殖を抑制し、乳管伸長や乳腺胞の形成を阻害することがわかった。培養温度を上昇させた場合、細胞増殖や生存性を制御する細胞内シグナル分子のAktとERKの活性化も認められた。同様の結果は、特定のTRPチャネルを活性化する生理活性物質を添加した場合においても起きていた。また、泌乳ヤギを用いた検証を行った。その結果、乳房の加温処理や特定のTRPチャネルのアゴニストを乳房表面に塗布することによって、ヤギ乳汁中の乳質、乳量、および抗菌成分濃度が変化することがわかった。
以上の結果より、乳腺上皮細胞の形態形成や乳産生能力は多様な物理化学的刺激によって調節されていること、その調節にはTRPチャネルが関与していることが示唆された。

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

研究申請書で立案した通りに研究が進んでいるが、当初の計画以上の成果までは得られていないことから、「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

研究2年目である2022年度は、初年度の研究をさらに発展させる実験、および、複数の物理化学的刺激を同時に感知した場合の影響を調べる実験を行う。
まず前者においては、特定のTRPチャネルをノックアウトした細胞、およびTRPチャネルのアゴニストとアンタゴニストを用いて、物理化学的刺激による乳産生や形態形成の変化がTRPチャネルに起因することを検証する。具体的には、cell culture insertに乳腺上皮細胞を培養することで作製した乳分泌培養モデルを用いて、体内側と体外側の浸透圧格差が乳産生能力とタイトジャンクションに及ぼす影響を調べる。また、形態形成の実験ではマトリゲル内で乳腺上皮細胞をスフェロイド培養し、乳管伸長や乳腺胞形成に及ぼす影響を調べる。ヤギを用いた動物実験では、リポポリサッカライドを用いた乳房炎モデルを作製し、乳頭口からTRPチャネルアゴニストを含む洗浄液を注入した場合の影響を調べる。
後者においては、TRPチャネルが感知する物理刺激(温度、伸縮、浸透圧)と化学刺激を(アラキドン酸や植物由来の生理活性物質)をそれぞれ同時に受けた場合の影響を調べるため、刺激処理を施した後の乳分泌培養モデルおよび形態形成モデルの乳腺上皮細胞を回収し、免疫染色、ELISA、乳成分測定キット、ウエスタンブロット、および定量PCRを用いて乳腺上皮細胞の乳産生能力と形態形成能力を分子・細胞レベルで評価する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Isoflavones and their metabolites influence the milk production ability of bovine mammary epithelial cells in a type-specific manner2022

    • 著者名/発表者名
      Tsugami Y, Wakasa H, Kawahara M, Nishimura T, Kobayashi K.
    • 雑誌名

      Animal science journal

      巻: 93 ページ: e13720

    • DOI

      10.1111/asj.13720

  • [雑誌論文] Local Heat Treatment of Goat Udders Influences Innate Immune Functions in Mammary Glands2021

    • 著者名/発表者名
      Tsugami Y, Ishiba Y, Suzuki N, Nii T, Kobayashi K, Isobe N.
    • 雑誌名

      Journal of mammary gland biology and neoplasia

      巻: 26 ページ: 387-397

    • DOI

      10.1007/s10911-022-09509-7

  • [雑誌論文] Genistein Directly Represses the Phosphorylation of STAT5 in Lactating Mammary Epithelial Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Tsugami Y, Wakasa H, Nishimura T, Kobayashi K.
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 25 ページ: 22765-22772

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c03107

  • [学会発表] 暑熱ストレスが妊娠期の乳腺胞発達に及ぼす影響を培養モデルにより検証する2021

    • 著者名/発表者名
      若狹 遥、呂 サンニ、小山大空、西邑隆徳、小林 謙
    • 学会等名
      第26回 日本乳房炎研究会学術集会
  • [備考] 細胞組織生物学研究室

    • URL

      http://lab.agr.hokudai.ac.jp/cell_tissue_biology/

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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