Analysis of prostaglandin E2 release dynamics at the single cell level

单细胞水平前列腺素 E2 释放动力学分析

• 批准号: 21K20773
• 负责人: 渡部 哲也
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20773/
• 关键词: プロスタグランジン; FRETバイオセンサー; 細胞間相互作用; 細胞間シグナル伝達; PKA; 光遺伝学; イメージング; FRET

プロスタグランジンE2 (PGE2) は、免疫応答調節や血管透過性亢進、粘膜恒常性維持など、幅広い機能を有する脂質メディエータの1種である。本研究では、このPGE2 に着目し、１細胞のレベルでの放出動態を可視化・定量することで、PGE2シグナルの数理的な理解を目的とした。PGE2の放出動態を可視化するため、PGE2の下流で活性化されるプロテインキナーゼA（PKA）活性を代理マーカーとした。PKA活性を反映するFRETバイオセンサーを恒常発現する細胞株やトランスジェニックマウスを用いることで、PGE2放出をPKAの同心円状活性化として可視化することに成功した。PGE2の合成には、細胞質ホスホリパーゼA2 (cPLA2)のカルシウムによる活性化がトリガーとなることが知られている。カルシウムとPKA活性の同時イメージングにより、カルシウム上昇が起こった細胞のうち、PGE2放出に至る細胞は高々５％程度であることや、分裂期の細胞では、カルシウム上昇が起こってもPGE2放出が一切見られないことを突き止めた。さらに、光遺伝学ツールを用いて細胞内カルシウム濃度を操作し、PGE2放出を引き起こすカルシウム濃度には閾値が存在すること、またその閾値は細胞間で異なることを見出した。PGE2放出に伴うPKA活性化の伝達距離は、細胞間で10倍程度異なっていた。ここから１細胞レベルでのPGE2放出量を探るべく、PKA活性の伝搬距離と、PGE2放出のシミュレーションを組み合わせて推定したところ、PGE2放出量が細胞間で100倍近く異なることを見出した。本研究は、生体内におけるPGE2を介した細胞間相互作用の理解に寄与するものと考えられる。

PGE2 is one of the major lipid molecules involved in immune regulation, vascular permeability, mucosal homeostasis, and amplitude function. The aim of this study is to visualize, quantify and understand the emission dynamics of PGE2 cells. PGE2 emission dynamics visualization, PGE2 downstream activation PKA activity is reflected in FRET cells, and PKA concentric activation is visualized successfully in cell lines. The synthesis of PGE2 and the activation of PGE2 in cytosol were investigated. PKA activity increases at the same time as cell division, PGE2 release increases at the same time as cell division, PGE2 release increases at the same time as cell division. In addition, PGE2 emission is induced by intracellular concentration threshold values. PGE2 emission is accompanied by PKA activation. The distance between cells varies by 10 times. PGE2 release from cells was estimated to be 100-fold higher than that from cells. This study is aimed at understanding the cellular interactions mediated by PGE2 in vivo.