機能性評価系として腸管オルガノイドを用いた分岐鎖アミノ酸の新たな機能の解明

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昨年度は、腸管オルガノイドを用いて、分岐鎖アミノ酸(バリン (Val)、ロイシン (Leu)、イソロイシン (Ile); BCAA)の欠乏が腸管上皮細胞に及ぼす影響を調べた。その結果、24 時間のVal欠乏がアポトーシスを介して幹細胞数を有意に減少させたのに対し、LeuおよびIle欠乏では幹細胞に影響は認められなかった。また、Ile欠乏においては、内分泌細胞数の有意な増加が認められた。そこで本年度は、BCAA欠乏により生じたこれらの変化のメカニズムをRNA-sequencing analysisにより解析した。各BCAA群における発現変動遺伝子 (DEGs) を反映させたヒートマップは、Val欠乏群のみ特徴的な変動パターンを示した。また、各BCAAに特異的にアップレギュレートされたDEGs数は、Val欠乏群569, Leu欠乏群101, Ile欠乏群51であり、ダウンレギュレートされたDEGs数は、Val欠乏群165, Leu欠乏群33, Ile欠乏群12であった。このことから、Val欠乏群が最も遺伝子発現の変動が顕著であったことを示した。さらに、各BCAA群におけるDEGsのエンリッチメント解析を行った結果、共通してアップレギュレートされたのは、酸化ストレス、小胞体ストレス応答、アポトーシスプロセスであり、ダウンレギュレートされたのは細胞周期、アポトーシスプロセスであった。また、各BCAA間で比較すると、Val欠乏特異的に小胞体ストレス応答に関連するATFとCHOPが有意に増加し、Wnt/β-カテニンシグナル応答に関連する因子が有意に減少していた。また、Val欠乏群において、アポトーシスに関連した因子の変動が多かった。以上より、Val欠乏による幹細胞への影響は、小胞体ストレスに起因するWnt/β-カテニンシグナルの不活性化とアポトーシスの誘導により生じていることが示唆された。