Elucidation of multilayered cellular responses to osmotic environment and functions of the response in macrophages

阐明多层细胞对渗透环境的反应以及巨噬细胞的反应功能

基本信息

批准号：
22H02761
负责人：
名黒功
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02761/
关键词：
浸透圧 ASK3 NFAT5 細胞代謝マクロファージ

项目摘要

本年度は研究計画に従って以下の項目について解析しデータを得た。（１）ASK3を介する浸透圧感知とシグナル伝達の解析。これまでの解析からASK3の高浸透圧応答性には液-液相分離による液滴の形成が必要であることを明らかにしている。今回新たにTRPM4チャネルを介したNaイオン流入もASK3液滴の流動性維持に必要であることを発見するとともに、ASK3以外の分子も細胞内Na濃度によって液滴の物性を変化させることを突き止めた。これにより高浸透圧の感知とシグナル伝達における新たな分子機構の提唱に至った。（２）新たなシグナル経路によるNFAT5の転写活性制御。我々は、NFAT5の高浸透圧依存的な核内移行を指標としたゲノムワイドsiRNAスクリーニングによりこれまで関与が知られていないシグナル伝達経路の分子がNFAT5の機能を制御することを突き止めている。本年度は、このシグナル伝達経路の複数の上流因子のうちどれがNFAT5の制御に関与するか明らかにした。また、同定した制御分子のマクロファージ特異的ノックアウトマウスを導入し、このマウスの腹腔マクロファージは高浸透圧応答において欠陥があることを明らかにした。（３）浸透圧ストレスで変化する糖代謝の解析。我々は、高浸透圧刺激でPDKの活性が上昇し、糖代謝が急激にOXPHOSから好気解糖にシフトすることを明らかにしている。本年度、このPDK活性化のメカニズムについて、既知のタンパク質リン酸化経路や、アロステリック効果を与える複数の代謝物の関与を検討したが、どの経路の関与も認められず、高浸透圧においては新たなPDKの制御機構があることが示唆された。また、高浸透圧ストレス後に数分で起こる糖代謝のシフトとPDHのリン酸化は少なくとも8時間は持続することを確かめ、細胞代謝に長期的に大きな影響を与えることが明らかになった。

今年，我们按照研究计划，分析并获取了以下几项数据。 (1)ASK3介导的渗透压传感和信号转导分析。先前的分析表明，ASK3 的高渗响应需要通过液-液相分离形成液滴。这次，我们新发现Na离子通过TRPM4通道的流入对于维持ASK3液滴的流动性也是必要的，并且还发现除ASK3之外的分子也会根据细胞内Na浓度改变液滴的物理性质。这导致提出了一种用于高渗透压传感和信号转导的新分子机制。 (2)新信号通路调控NFAT5转录活性。通过以NFAT5高渗透压依赖性核转位为指标的全基因组siRNA筛选，我们发现信号转导途径中以前未知的分子调节NFAT5的功能。今年，我们阐明了该信号转导通路的多个上游因素中哪些参与了 NFAT5 的调节。我们还引入了已识别的调节分子的巨噬细胞特异性敲除小鼠，并发现这些小鼠的腹膜巨噬细胞在高渗反应中存在缺陷。 (3)分析因渗透压引起的糖代谢变化。我们已经证明，高渗刺激会增加 PDK 活性，并迅速将葡萄糖代谢从 OXPHOS 转变为有氧糖酵解。今年，关于PDK激活的机制，我们研究了已知的蛋白质磷酸化途径和发挥变构作用的多种代谢物的参与，但没有观察到任何途径的参与，表明存在控制机制。此外，已证实高渗应激后几分钟内发生的葡萄糖代谢和PDH磷酸化的变化持续至少8小时，表明它们对细胞代谢具有显着的长期影响。