【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】19K17579 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メタボローム / 虚血再灌流 / 代謝 / マイクロダイアライシス / マイクロダイアラシス法 / 四次元代謝イメージング / 同位体元素 / グルタチオン / レドックス

【研究成果の概要】

心筋障害部位での超急性期の代謝の継時的な変化をとらえるために、マイクロダイアラシス法を用いた技術の開発を行った。Wistarラットの左室心筋局所に ダイアリシスプロープを植え込んで、インジェクションポンプを用いて灌流し、終端より環流液を回収し、質量分析法で代謝産物を網羅的に解析した。虚血時および再還流時に、細胞外のグルタチオン関連物質の有意な変動が明らかになった。心筋培養細胞でも、虚血再酸素化時に、グルタチオンの細胞外への放出が増大し、細胞内の活性酸素、過酸化脂質が経時的に増大した。またグルタチオンの投与は、細胞内のグルタチオン濃度を保持し、虚血再酸素化時の細胞障害を抑制した。

【研究の社会的意義】

虚血再灌流における詳細なRedox代謝変化を検証するため、空間的および時間的な網羅的代謝解析技術を確立した。マイクロ波による心臓処理を行うことで代謝産物の死後のdegradationを完全に抑制し、虚血再灌流時のRedox代謝産物の局在の可視化（マッピング）に成功した。さらに、虚血および再灌流に伴い、ダイナミックに変化する代謝産物の推移を時間軸で把握するために、メタボローム解析とマイクロダイアリシス法を組み合わせた、同一個体で心筋細胞外の代謝変化を連続的に測定する手法を確立した。これらの手法を組み合わせた代謝4次元マッピングは代謝物の時間的変化を明らかにした点に特色を有する。

【研究種目】若手研究

【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)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】16K07203 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イメージング質量分析 / メタボロミクス / 代謝 / 糖尿病性腎症 / メタボローム / 質量分析 / 栄養学

【研究成果の概要】

この研究の目的は糖尿病性腎症の発症過程を組織レベルでのエネルギー代謝の面から評価し、代謝介入による治療法を見いだすことにある。我々はマウスモデルを用いて、キャピラリー電気泳動質量分析による定量とイメージング質量分析を組み合わせた方法でエネルギー代謝を可視化する方法を確立し、モデル動物と正常動物の比較を行った。この方法で部位別のエネルギー代謝を比較したところ、エネルギー代謝が分解方向にシフトしていると皮質のATPは減少し、分解産物であるヒポキサンチンが増加していた。このとき、キサンチンオキシダーゼ阻害剤を経口投与することで、ヒポキサンチンの分解が抑えられ、ATP量が回復することが明らかになった。

【研究の社会的意義】

糖尿病性腎症の実態をエネルギー代謝の面で評価することは、臨床研究では難しく、腎障害に至る過程の解明が望まれている。この研究では、マウスモデルを用いて、腎臓の領域ごとのエネルギー代謝の可視化解析法を開発し、エネルギー代謝とROSの発生が密接に関係することを明らかにした。エネルギー代謝が分解方向に傾いたときに、痛風の治療に用いられる経口薬を投与することで、腎保護につながることがわかった。今後、心停止からの回復時、腎移植などの際にキサンチンオキシダーゼ阻害剤を投与することで、腎保護効果が期待できる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】16K07123 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

がん糖鎖 / メチル化 / メタボローム / 糖鎖 / メタボローム解析 / メチル化解析 / 三次元培養 / 細胞周期 / エピゲノム解析 / 糖鎖抗原 / がん微小環境 / 代謝

【研究成果の概要】

sialyl-Tn糖鎖抗原の発現は、ペントースリン酸回路の活性化、2-ヒドロキシグルタル酸の産生の亢進に関与していることを見出した。ゲノム全体のDNAメチル化にはsialyl-Tn糖鎖抗原発現による影響は認められなかったが、細胞内代謝やがんの悪性化に関わる因子の発現に影響が認められた。 以上よりがん細胞におけるsialyl-Tn糖鎖の発現は、細胞内代謝をペントースリン酸回路に迂回させることにより変化させ、がんの悪性化に影響を与える機能分子であることが示唆された。

【研究の社会的意義】

これまで、がん糖鎖は腫瘍マーカーとして役割のみ捉えられていた。しかしながら、sialyl-Tn糖鎖抗原は、腫瘍マーカーとしての役割だけではなく、がん転移や酸化ストレスへの耐性への機能、さらに未だ不明な点が多いがん細胞内の代謝改変に関わる機能分子であることがわかった。このようながん細胞の代謝改変に影響を与える糖鎖はこれまで報告がなく、この研究成果の学術的意義は非常に高いと考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】血液内科学

【研究領域課題番号】16H06391 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

白血病幹細胞 / TIM-3 / 治療抵抗性残存白血病 / メタボロミクス / 微小残存病変 / メタボローム / アミノ酸代謝 / シグナル / 骨髄系腫瘍 / 自己複製能力 / 代謝 / がん幹細胞 / エピゲノム / 微小環境

【研究成果の概要】

我々はTIM-3分子が骨髄異形成症候群、骨髄増殖性腫瘍からの白血病(AML)への進展など、ヒト骨髄系白血病幹細胞に共通して発現していることを世界に先駆けて報告した。本研究では、TIM-3のリガンドにより惹起される"動"と"静"のシグナルの本質を明らかにするために、ヒトAML検体を対象として新規異種移植システムや超高感度メタボロームを含むオミクス解析に取り組み、TIM-3シグナル解明に加えて、新規のヒト骨髄系白血病幹細胞が依存する幹細胞性維持機構の解明に取り組んだ。その結果、複数の白血病幹細胞が依存する細胞生物学特性および、それらを標的とした新規治療標的分子の導出に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究から得られた知見は、ヒト骨髄性腫瘍において、TIM-3シグナルを含めて白血病幹細胞を標的とした治療戦略の合理性を担保するものである。さらに複数のプロジェクトを有機的に結合させることで、新規のヒト白血病幹細胞特異的な治療標的分子群を同定することに成功し、今後の新規研究への発展性も高い研究を遂行することができたと考えられる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】154,050千円 (直接経費: 118,500千円、間接経費: 35,550千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】15K14957 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 細胞・組織 / 脂質 / 生体分子 / 肝臓 / 代謝 / 遺伝子改変マウス / メタボローム / 組織・細胞

【研究成果の概要】

コリンは栄養素として外因性に供給される以外に、細胞膜ホスファチジルコリン（PC）の分解からも生じるが、本代謝経路を担う酵素の実体と意義は不明であった。我々は脂質代謝酵素PNPLA8（ホスホリパーゼA）とPNPLA7（リゾホスホリパーゼ）の欠損マウスの解析を通じて、PNPLA8→PNPLA7経路が肝臓においてPCから内因性コリンを動員する主経路であることを明らかにした。本経路が遮断されるとコリン及びその下流代謝物が激減し、成長遅延、早老、白色脂肪褐色化、低血糖、VLDL低下、ケトン体増加、脂肪肝、神経変性を発症する。本研究は、PCのリサイクル利用の生物学的重要性を初めて明らかにしたものである。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】23310136 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

hypoxia / metabolomics / HIF / PHD / iscemia / 低酸素 / 代謝 / 虚血再灌流傷害 / メタボローム / 低酸素応答 / 虚血再灌流 / メタボローム解析 / 心筋梗塞

【研究成果の概要】

Phd2を失活させて低酸素応答が全身で活性化したマウスでは、対照群と比較して心筋梗塞モデルにおける梗塞巣が優位に縮小しており、心機能も保持されていることが確認された。そこで、Phd2が失活した心筋組織において、虚血再灌流傷害軽減に貢献した代謝メカニズムの解明を試みた。その結果、『PHD2を失活させることにより活性化された低酸素応答によって、ミトコンドリアによる酸化的リン酸化から解糖系に代謝システムがシフトすることにより、エネルギー通貨であるATPや高リン酸化合物をより少ない酸素消費量で保持していることがその臓器保護効果の本態である』との結論に辿り着いた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)