| 研究課題/領域番号 |
22H02759
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
矢野 環 東北大学, 薬学研究科, 准教授 (50396446)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 腸管上皮組織 / バリア破綻 / ショウジョウバエモデル / 加齢関連疾患 / 腸内細菌 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、加齢関連炎症性疾患の原因となる腸管上皮組織の老化機構を、上皮組織の機能低下と腸内細菌叢の変化、およびそれらの相互作用の分子機構を明らかにすることで統合的に理解し、加齢によって生じる腸管上皮バリア破綻、その結果生じる炎症の発症機構、増悪機構を解明して、加齢に伴う炎症性疾患治療の知的基盤を得ることを目的としている。我々は老化研究のすぐれたモデル生物であるショウジョウバエを用い、腸管上皮において損傷応答としての幹細胞分裂が、損傷に対して過剰に、そして慢性的に生じることが、加齢と共に進行する上皮バリア機構の破綻を悪化させることを見出している。また、病態としてのバリア破綻には、“トリガー”と “増悪ステップ”が存在することを明らかにしてきた。本研究ではそれらの知見に基づき、1. 腸管バリア破綻の起点となる損傷応答の誘導機構、2. 腸管上皮細胞において加齢依存的なバリア破綻を生じ悪化させる機構、3. 加齢依存的なバリア破綻を悪化させる腸内細菌叢変化と腸管機能の関連、の３項目の解明を柱として、腸管組織の加齢依存的な機能低下の統合的な理解を目的とする。昨年度までに、損傷応答の誘導機構としては、応答の起点となる因子を同定し、その情報が隣接上皮細胞に受け取られることにより損傷シグナルの活性化が適切な部位で生じることを明らかにした。また、日齢を追ったRNAseq解析を行うことにより、加齢依存的な腸管バリア破綻は老化の極めて早い時期に生じており、上皮細胞の頂端側のアクトミオシンの張力異常がその原因である事を見出している。この現象は腸内細菌叢が加齢により変化する以前に生じており、宿主側の制御異常が加齢依存的なバリア破綻の発端である事が示唆された。本研究で得られているこれらの知見を基に、腸管上皮組織老化の分子機構を詳細に解析し、それらを統合的に理解することを目指す。
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| 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
昨年度までに、項目１であるバリア破綻の起点となる損傷応答機構の解析について、大きな進捗を得た。まず、ゲノム網羅的スクリーニングにより同定下ロイシンリッチリピート因子Capricious (Caps)が、活性酸素種(ROS)による損傷によりその遺伝子発現の上昇を起こすこと、Capsによるシグナルが隣接細胞に発現しているGPCRであるMthl2によって受容され、これがG12/13であるCta、その下流のRho-Rokシグナルを介して、上皮細胞頂端側に局在するアクトミオシンの活性化を起こし、シグナルプラットフォームであるRef(2)P-Dachsの液液相転移による構造体形成を生じさせることを明らかにした。この機構は、損傷が応じた細胞の近隣でのみ損傷応答シグナルを活性化させるという、空間的に制御された損傷応答を可能にしている機構である。また、本項目で明らかにしたCaps-Mthl2-actomyosinという損傷応答を人為的に活性化させると、加齢依存的に生じる腸管バリア破綻の悪化、および寿命の短縮を生じさせることも明らかとなった。項目２については、若齢時から老化初期、中期と日齢を追ったRNAseqを実施し、腸管上皮細胞の頂端側に局在するアクトミオシンの張力の調節異常が老化初期から生じており、これが加齢依存的なバリア破綻の原因となることを明らかにした。この知見により、項目１で明らかにした知見と統合的に理解することが可能になった。老化時のバリア破綻機構についてはさらに、腸管上皮で密着結合の維持に関わる因子Bbgに着目した解析を行い、Bbgタンパク質が損傷に応じて発現誘導され、分化した幹細胞が上皮細胞になる直前に細胞の頂端面で機能して、既存の上皮細胞間へ入り込むことに重要である事を見出した。以上の成果は、加齢依存的な腸管機能低下の分子機構に新たな視点を与えるものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究課題は当初の計画以上に進展しており、今年度は本研究の最終年度であるため、得られた成果を投稿論文として発表する。項目１の損傷応答機構については、同定した因子Mthl2とCapsが、直接分子間相互作用することによってシグナルを受け渡しているかを、細胞系を用いて検討する。また、Capsの発現誘導が生じる要因として、活性酸素種による損傷以外にも着目して検討する。昨年度までに得られた知見とこれらをまとめて、投稿論文として発表する。項目２の加齢依存的な腸管バリア破綻機構の解析については、今年度までに実施したRNAseqとその解析に基づいて、頂端側アクトミオシンの老化初期における異常がバリア破綻にもたらす影響の解析を詳細に行い、投稿論文として発表する。特に、項目１で明らかにした損傷応答機構のわずかな制御不全の蓄積が、加齢と共に腸管恒常性を破綻させていく機構に重点をおいて解析する。加齢による腸管恒常性破綻については、昨年度明らかにしたBbgタンパク質の腸管恒常性維持における機能に着目し、前駆細胞から上皮細胞への分化と、その際の細胞移動における機能を明らかにし、Bbg欠損が老化腸管様の表現型を与える機構を解明する。さらに昨年度の進捗により、ROS損傷による個体死に関与する因子の網羅的スクリーニングの結果から着目した機構である転写ポージングが、実は腸管上皮細胞において常在菌に対して生じる損傷に対応している可能性を示すことを得ている。これは常在菌寛容機構として極めて新規な機構であり、その分子機構、特に制御下にある遺伝子群とそれらの腸管恒常性維持における機能を明らかにする必要がある。
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