【研究領域課題番号】21K06061 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞老化 / ミトコンドリア / DNA損傷応答 / 代謝

【研究成果の概要】

DNA損傷やがん遺伝子の活性化などのストレスにより、細胞増殖が不可逆的に停止することを、細胞老化という。細胞老化は、培養細胞において発見された現象であるが、近年、加齢に伴うストレスにより個体内でも起こり、個体老化に促進的に働くことがわかってきた。本年度は、研究代表者が行ったゲノムワイドsiRNA スクリーニングにより、細胞老化との関連が新たに見いだされたタンパク質の機能解析を行った。このタンパク質は、ミトコンドリアに局在し、マイトファジーとの関連が報告されているが、細胞老化における役割は全く知られていない。まず、質量分析法により結合タンパク質を網羅的に同定した。その結果、このミトコンドリアタンパク質が、クリステの形成に関わるmitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS)と呼ばれる複合体と相互作用することがわかった。また、このミトコンドリアタンパク質がDNA損傷応答キナーゼATMによりリン酸化されることを、質量分析法と独自に作成した部位特異的リン酸化抗体を用いて見出した。さらに、このミトコンドリアタンパク質が細胞老化に伴う脂肪酸酸化の亢進に必要であることがわかった。このため、このミトコンドリアタンパク質が、DNA損傷とミトコンドリア代謝変化をつなぐ鍵分子としてはたらき、細胞老化を誘導する可能性があると考えている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】21H02824 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

尿細管炎症・線維化 / オルガネラストレス / オルガネラコンタクトサイト / エネルギー代謝 / 慢性腎臓病 / 尿細管細胞一次繊毛 / 一次繊毛構成蛋白 / ミトコンドリア / オルガネラ間相互作用 / 脂質代謝 / 尿細管炎症 / 尿細管線維化 / 尿細管線炎症・維化 / 代謝

【研究成果の概要】

これまでに、尿細管細胞一次繊毛 (primary cilium) の遺伝背景が関与する尿細管障害(嚢胞形成、炎症、線維化)の分子機序や、一次繊毛を介した細胞内シグナル伝達経路などが研究されてきたが、一次繊毛が小胞体やミトコンドリアなどの他のオルガネラの機能不全 (オルガネラストレス)、あるいはオルガネラ間相互作用(オルガ ネラクロストーク、オルガネラコンタクト)に及ぼす影響を解明した報告は乏しい。そこで本研究は一次繊毛-ミトコンドリア間相互作用の破綻が尿細管嚢胞形成や脂質代謝異常といった尿細管障害表現型との関連性を解明し、「一次繊毛のオルガネラとしての機能解明、それに基づく革新的な尿細管恒常性維持機構とその破綻による尿細管障害機序の解明」を目標としている。
我々はこれまでに、尿細管障害モデルマウス（シスプラチン誘導急性腎不全）において、尿細管障害は一次繊毛の短縮や消失を伴うことを確認し、一次繊毛の形態学的、機能的変化が尿細管上皮細胞の恒常性に何らかの関連性を有する知見を得てきた。
こうした一次繊毛の短縮や消失といった現象の病態生理学的意義を解明することを目的に、尿細管障害時の一次繊毛構成分子群の発現変動を網羅的に解析したところ、1）一次繊毛のアセンブリと維持に不可欠で繊毛内輸送を媒介する因子であるIFT88 (Intraflagellar Transport 88)の発現が尿細管障害時（シスプラチンによる障害誘導時）に著明に低下し、２）IFT88 siRNAによるIFT88 knock downは尿細管細胞の一次繊毛の短縮を引き起こす事を明らかにした。さらに興味深いことに、IFT88欠損尿細管細胞の表現型として、ミトコンドリア機能低下（ミトコンドリアストレス、特に脂質代謝の低下）が見いだされた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】20K20384 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

免疫学 / 免疫記憶 / 腫瘍免疫 / サイトカイン / 代謝 / 抗腫瘍免疫 / 免疫 / アレルギー・喘息 / シグナル伝達 / T細胞 / 記憶T細 / T細胞疲弊 / メモリーT細胞 / Notchシグナル / 核内受容体 / 酸化的りん酸化 / 制御性T細胞 / PD1 / DNAメチル化 / ミトコンドリア

【研究成果の概要】

T細胞の疲弊化は腫瘍免疫の効果を減弱させるだけではなく、チェックポイント阻害療法抵抗性の原因となる。しかしT細胞疲弊化の分子機構の解明は始まったばかりである。本研究では核内受容体NR4aファミリーがCD8+T細胞の疲弊化に中心的な役割を果たすことを見出した。さらにNR4aを欠損させることで強い抗腫瘍効果が得られることを見出した。一方で疲弊化したT細胞を若いメモリーにリプログラムする方法としてCAR-Tなどの活性化したT細胞をNotchリガンドを発現するOP9細胞と共培養することにより幹細胞メモリーT（Tscm）様細胞（iTscm） に転換できることを示した。現在このメカニズムを解明しつつある。

【研究の社会的意義】

がんにおける免疫チェックポイント阻害療法はノーベル賞を受賞したこともあって大きな注目を集めている。しかし療法抵抗性の患者も多く、より強力な免疫療法の開発が望まれている。腫瘍免疫の効果を減弱させる大きな要因のひとつはがんを攻撃するT細胞疲弊化である。我々のグループは疲弊化を起こす原因遺伝子としてNR4aを発見し、さらに疲弊化したT細胞をより若いメモリー幹細胞にリプログラム方法を開発した。このメカニズムを解明できればがんの免疫療法の可能性を大きく広げることになる。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-04-01 - 2021-03-31

【配分額】26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)

【研究領域課題番号】20H03827 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多能性幹細胞 / 胚性ゲノム活性化 / 核置換 / 初期化 / ミトコンドリア / iPS細胞 / ES細胞 / 代謝 / mtDNA / ATP産生 / メタボローム

【研究成果の概要】

人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell: iPSC）は、初期胚の発生を解明、あるいは加齢に伴う変性疾患を治療するための自己細胞代替療法を開発するための無限の供給源となる。最近の研究では、高齢のドナーから作製したiPSCには、ミトコンドリアゲノム（mtDNA）の変異やゲノムの不安定性が胚性幹細胞（embryonic stem cell: ESC）に比べて蓄積されていることが明らかになっており、これがiPSC由来の自己細胞に対する拒絶反応や腫瘍化、呼吸器系の障害につながり、臨床応用の障害となっている。
加齢による幹細胞機能の低下に関わる分子経路を解明するため、若齢（6～8週）、中年（6カ月）、高齢（12～14カ月）、超高齢（24ヶ月）のマウスから、雌由来の単為発生胚由来ESC株と、皮膚組織由来のisogenicなiPSC株を樹立した。すべての多能性幹細胞株において、免疫組織染色およびqPCR法により、未分化能性および多分化能性が一様に証明された。RNAシークエンス解析の結果、若齢マウス由来ESCと比較して加齢マウス由来のiPSCでは防御やサイトカイン反応に関わる遺伝子の発現量が増加していた。ミトコンドリア機能解析では、プライム状態の幹細胞は酸素消費量が低いのに対し、ナイーブ状態の幹細胞はミトコンドリア酸化能力が向上してた。加齢に伴うATP産生速度の変化が予測されたが、呼吸機能、プロトンリーク、結合効率には加齢に伴う有意な変化は見られなかった。グローバルな代謝状態を解析するためメタボローム解析を行ったところ、若齢であってもESCとiPSCはことなる特徴を示した。
ここまでの研究では、多能性幹細胞における転写と代謝の加齢依存性を明らかにした。今回のデータは、より質の高いiPSCの開発につながる可能性があり、再生医療にとって望ましいものと考える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】19K07514 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

腫瘍免疫 / T細胞 / サイトカイン / エフェクター細胞 / 代謝 / CAR-T細胞 / ミトコンドリア / エフェクター / 制御性T細胞 / IL6 / SOCS3 / IL-21 / サイトカインシグナル / SOCSファミリー分子 / 低分子化合物

【研究成果の概要】

SOCS3はSTAT3を活性化するサイトカインシグナルを負に制御する。SOCS3をT細胞で欠損したマウスは強い抗腫瘍効果を示す。SOCS3欠損CD8T細胞は強いエフェクター作用を持ち、CD4T細胞では制御性T細胞が減少する。これらはSOCS3によって制御されるIL6によるものである。IL6はCD8T細胞を酸化的リン酸化よりも解糖系優位の代謝へと変化させると共に、ミトコンドリアの膜電位や活性酸素を上昇させる。これらの変化がSOCS3欠損CD8T細胞に強いエフェクター作用を与えている。ヒトのキメラ抗原受容体T細胞でSOCS3を欠損させてもマウスと同様な効果が見られ、ヒト細胞への応用が期待できる。

【研究の社会的意義】

オプジーボの登場によってこれまで治療手段のなかった癌に対して治療が可能になったが、すべての癌に効くわけではないことや、重篤な副作用の危険性や薬価の問題などがある。免疫反応を司るT細胞の性質はサイトカインによって決まるが、私はその作用を強めることで、腫瘍に強いT細胞を作り出そうと考えた。そのためにサイトカインを抑制するSOCS3をマウスのT細胞で欠損させた。SOCS3を欠損したT細胞は腫瘍に強く反応し腫瘍を拒絶する。この反応にはIL6という腫瘍にたくさん存在するサイトカインが働く。ヒトのT細胞でも人為的にSOCS3を欠損させると腫瘍に強いT細胞になることを発見し、新たな治療法に使える知見を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18H04033 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

腫瘍浸潤CD8T細胞 / IFNg / 解糖系 / 酸化的リン酸化 / がん細胞 / Nrf2 / p62 / mTORC1 / interferon-gamma / respiratory chain / mitochondria / 腫瘍微小環境 / 代謝 / 腫瘍血管 / CD8TIL / 免疫 / 固形腫瘍 / Glut-1

【研究成果の概要】

メトホルミンにより活性化される腫瘍浸潤CD8T細胞(CD8TIL)におけるNrf2およびp62分子の役割を、Nrf2コンディショナルKOマウス、さらにp62コンディショナルKOマウスを用いて明らかにした。これらのKOマウスにおいては、メトホルミン+抗PD-1抗体治療にもかかわらず腫瘍は増大を続けた。CD8TILのフローサイトメータによる解析の結果、mTORC1の下流分子pS6, 細胞増殖マーカーKi67の発現上昇は全て消失していた。即ち、Nrf2及びp62分子は、CD8TILが増殖するために必須の分子であることが明らかになった。また、CD8TIL及びCD8DCのRNA seqencingによる遺伝子発現解析を行い、メトホルミン、抗PD-1抗体、メトホルミン+抗PD-1抗体治療群における特徴を明らかにした。さらに、同様に腫瘍細胞のRNAseq解析を行い、個々の免疫治療群との関係を明らかにした。腫瘍細胞においてはメトホルミン+抗PD-1抗体治療群において、ミトコンドリア呼吸鎖を構成する分子の系統的かつ大幅な発現低下のあることがわかった。一方、CD8TILにおいてはそのような発現異常は認められなかった。さらに、メトホルミン+抗PD-1抗体治療群における固形腫瘍の退縮効果にはがん細胞自体のIFNg受容体シグナルが正常に作動することが必須であることが新たにわかった。即ち、B16fucciδIC というIFNg受容体の細胞質ドメインを一部欠損した遺伝子の過剰発現細胞では、治療効果が全く消失していた。B16fucciという野生型腫瘍細胞との比較において 、その代謝産物について質量分析計を用いて解析することにより、治療効果と代謝産物の関係が一部明らかになった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31

【配分額】43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円)

【研究分野】細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19416 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / オルガネラ / ミトコンドリア / 代謝 / 内部共生

【研究成果の概要】

細菌内部共生による真核生物のオルガネラはミトコンドリアと色素体でのみ確認され多様な進化を辿っている。嫌気環境に適応し、そのミトコンドリアが高度に変異した赤痢アメーバのマイトソームと他のオルガネラとの相互作用を担う機能未知の膜タンパク質の機能の解明を通じて特殊進化の謎の解明を目指した。膜貫通ドメインを有するETMP1を同定した。更にETMP1と結合するEHDドメインをもつ新規タンパク質を同定した。細胞内局在と生理機能を解析した結果、ETMP1はEHDと協調してマイトソームー小胞間の接触部位を形成し、オルガネラ間の物質の輸送、品質保証に関与していることが示された。

【研究の社会的意義】

本研究成果により、酸素の中で進化をした真核生物において、その中の細菌の内部共生に由来してできたミトコンドリアに似た細胞内小器官であるマイトソームの細胞内での相互作用を担うタンパク質が同定された。様々な環境の中で進化するオルガネラの多様性の一端が解明された。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】16H03239 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / メカニカルストレス / 可塑性 / 血管新生 / マイオカイン / 適応 / マイクロRNA / 代謝 / ミトコンドリア / 筋可塑性 / エクソソーム / 骨格筋可塑性 / ノンコーディングRNA / 筋線維タイプ / 毛細血管ネットワーク / 組織間相互作用

【研究成果の概要】

本研究では，マイクロRNA(miRNA)のプロセシングに必須の酵素であるDicerを欠損させることで，ほぼ全てのmiRNAを欠損するマウスと，特定のmiRNAを欠損するマウスを対象に，運動による骨格筋毛細血管ネットワーク再構築におけるmiRNAの役割についての解析を行った．
まず，薬剤誘導性にDicerを欠損させたマウスは，5週間以内に死亡したため，生命の維持においてmiRNAが重要な役割を果たしていることが示唆された．
一方，miR-23クラスターを欠損するマウスでは，運動による血管新生は正常であったため，血管新生におけるmiR-23クラスターmiRNAの役割は限定的であることが示唆された．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)