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2013 年度 実施状況報告書

Toll様受容体システムによる抗原依存的な気道分泌調節機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24591150
研究機関東北大学

研究代表者

玉田 勉  東北大学, 大学病院, 講師 (80396473)

研究分担者 奈良 正之  東北大学, 大学病院, 教授 (70374999)
キーワード気道粘膜下腺 / パッチクランプ / Toll様受容体 / アセチルコリン / 粘膜免疫 / 電解質分泌 / 一酸化窒素 / Flagellin
研究概要

COPDなどの難治性の慢性気道炎症疾患における気道感染はしばしば気道過分泌を招き、病態の増悪に深く関与することが知られている。気道分泌は気道に分布する迷走神経末端からのアセチルコリンなどの神経伝達物質によって調節されていると考えられている。しかし、ウイルス感染時に比して細菌感染時により強い気道分泌増強が認められる調節機序など詳細には解明されていない点も多い。本研究では、Toll様受容体 (TLR)システムを利用した抗原依存的な気道分泌調節機序が存在しているとの仮説のもとに研究を行っている。最終的にはそれぞれの認識抗原によって惹起される分泌調節の臨床的意義を完全解明し、気道分泌異常が深く関与する難治性慢性気道炎症疾患に対する新規治療戦略を確立することを目標としている。今年度も昨年に引き続き、TLR2, 3, 5, 7, 9の候補サブタイプによる網羅的な機能解析を行った。慢性気道感染の増悪には、グラム陽性菌、グラム陰性菌、ウイルス感染など多くの病原菌が関与するため、今回はTLR 2,3,4,5のリガンドとしてそれぞれPGN, LTA, Poly(I:C), LPS, Flagellinを用いた。ヒトと類似した性質をもつブタ気管粘膜下腺細胞を単離し、パッチクランプ法を用いて水分分泌の程度をイオンチャンネルから流出する電荷量によって評価した。これらの中でLPSとFlagellinがそれぞれ気道分泌腺表面に発現するTLR4やTLR 5を刺激し、細胞内カルシウムの更なる上昇を伴わない機序で分泌増強因子として機能することが明らかになった。気道過分泌を特徴とする慢性気道炎症疾患においてはしばしば緑膿菌が気道表面へ定着しているが、LPSとFlagellinを共に有することが気道過分泌と関連している可能性が考えられた。以上の研究成果は、米国生理学学会雑誌に投稿し掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

平成25年度の当初の計画であった、TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR9を候補として選択し、それぞれのリガンドであるPeptidoglycan(PGN)、poly (I:C)、Flagellin、Imiquimod(R-837)あるいはR-848、CpG DNAを用いて機能解析を行うことができた。今年度はFlagellinの増強効果が初めて確認され、TLR5中和抗体あるいは特異的結合阻害剤などで前処理した状態で同様の実験を繰り返し、増強効果/抑制効果が解除されることも確認できた。この効果に関する細胞内細胞内シグナル経路にはNO/cGMP/PKG系が重要であることも解明できた。

今後の研究の推進方策

当初計画よりも進展があったったため、平成26年度に購入予定であった高速度カメラ付き倒立顕微鏡を平成25年度中に導入することができた。このことにより、気道分泌だけでなく気道表面における粘液線毛輸送の直接的な観察が可能となり、本研究の主要な目的であるTLRおよびそれぞれのリガンド認識によって惹起される分泌調節の臨床的意義の完全解明が可能となる。平成26年度はTLR5のリガンドであるflagellinが気道表面の粘液線毛運動に対する影響を確認する予定である。一方でTLR2、TLR3、TLR4リガンドの粘液線毛運動対する長期的影響に関しても確認する予定である。さらにいまだ未解明であるTLR7、TLR8の気道粘膜下腺細胞での発現および分泌機能への影響を確認する予定である。影響が確認されれば細胞内メカニズムについても解明を進め、さらには粘液線毛運動に対する影響も確認する。このように気道分泌および気道粘液線毛運動系に対するTLRsサブタイプの影響を網羅的に解析することで、本研究の主要な目的であるTLRおよびそれぞれのリガンド認識によって惹起される分泌調節の臨床的意義の完全解明が可能になり、将来的に気道分泌異常が深く関与する難治性慢性気道炎症疾患に対する新規治療戦の基礎を得ることができるものと考える。

次年度の研究費の使用計画

次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
平成25年度に購入した機器を用いてTLR5のリガンドであるflagellinが気道表面の粘液線毛運動に対する影響を確認する予定である。一方でTLR2、TLR3、TLR4リガンドの粘液線毛運動対する長期的影響に関しても確認する予定である。さらにいまだ未解明であるTLR7、TLR8の気道粘膜下腺細胞での発現および分泌機能への影響を確認する予定であり、これらの研究を遂行するために使用する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Flagellin/TLR5 signaling potentiates airway serous secretion from swine tracheal submucosal glands.2013

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu S., T. Tamada, M. Nara, K. Murakami, T. Kikuchi, M. Kanehira, Y. Maruyama, M. Ebina, T. Nukiwa and M. Ichinose.
    • 雑誌名

      Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol

      巻: 305 ページ: L819-L830

    • DOI

      10.1152/ajplung.00053.2013. Epub 2013 Oct 4.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 気管支拡張薬2013

    • 著者名/発表者名
      玉田 勉、一ノ瀬正和
    • 雑誌名

      Mebio

      巻: 30 ページ: 43-57

  • [学会発表] A switching effect of indacaterol on anion secretions from Cl- to HCO3- in airway submucosal gland cells.2013

    • 著者名/発表者名
      Murakami, K., T. Tamada, M. Nara, S. Muramatsu, T. Kikuchi, M. M. Ebina and M. Ichinose.
    • 学会等名
      ATS 2013 International Conference
    • 発表場所
      フィラデルフィア、米国
    • 年月日
      20130519-20130519
  • [学会発表] シンポジウム「感染症による呼吸器疾患の急性増悪の病態と治療」 慢性気道感染症における気道構成細胞の過剰反応とその制御2013

    • 著者名/発表者名
      玉田 勉
    • 学会等名
      第53回日本呼吸器学会学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130421-20130421
    • 招待講演
  • [学会発表] Flagellin/TLR5シグナルの気道分泌に対する影響2013

    • 著者名/発表者名
      村松聡士、玉田 勉、奈良正之、村上康司、菊地利明、兼平雅彦、海老名雅仁、一ノ瀬正和
    • 学会等名
      第53回日本呼吸器学会総会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130420-20130420
  • [学会発表] 気道粘膜下腺細胞からのCl-およびHCO3-分泌調節におけるインダカテロールの関与2013

    • 著者名/発表者名
      村上康司、玉田 勉、奈良正之、村松聡士、菊地利明、海老名雅仁、一ノ瀬正和
    • 学会等名
      第53回日本呼吸器学会総会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130420-20130420

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公開日: 2015-05-28  

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