内皮炎症をもたらす非線形的ＮＦＡＴ／ダウン症因子シグナル経路の数理解明と病態予測

研究代表者
南 敬
熊本大学生命資源研究支援センター/大学院生命科学研究部
http://irda-vascular.kuma-u.jp/

研究概要

　体全身に行き渡る血管は酸素･栄養分の運搬や選択的(薬物)透過性など高等動物の高次生命活動の根幹となるだけでなく、外的な環境変化やストレス刺激を受け取る最初の体内センサーである。しかも血管構築の礎である内皮細胞は微小環境変化に迅速に応答する非常に動的な特徴を有する。この内皮活性化機構を理解する目的で申請者はこれまで内皮細胞をゲノムワイドに解析し、転写因子 NFAT の重要性やその内因性 feedback 制御を担うダウン症因子 DSCR-1 の優れた抗がん･抗炎症作用を明らかにしてきた。しかし血管新生を伴う内皮 Ca-カルシニューリン(Cn)-NFAT 経路の分子解析は NF-κB シグナル研究に比べ出遅れており、更に in vivo 環境で重要な NFAT と NF-κB の協調的な転写シグナルについては殆ど解明されていない。Cn 阻害ドメインを持つ DSCR-1 には元来 long variant (DSCR-1L) と short variant (DSCR-1s) の 2 型が存在するが、NFAT 核内移行によって直接誘導され、閉じたフィードバックループを形成するのは DSCR-1s のみである。即ち線形性を保つ NFAT/DSCR-1s 恒常性維持シグナルにおいて、DSCR-1L が過剰に、あるいは分解されない状態だと、複雑な非線形的 NFAT 伝達を伴う事が想定される。またダウン症責任遺伝子である Dscr-1 と Dyrk1a が共に 1.5 倍発現量が上昇した場合、NFAT は不可逆的に不活化され、ダウン症発症に繋がることが示されたが、その根拠となった数理モデルは定常状態での DSCR-1/DYRK1A 発現に基づくものである(Nature)。そこで今回、従来の Ca 振動→Cn 活性化→NFAT 核内移行に至る時間速度→NFAT リン酸化を経た核外移行の経時変化を考慮するのに加え、DSCR-1s, L、DYRK1A の誘導と分解速度を数理学的に組み合わせた非線形的 NFAT シグナル伝達モデルを構築し実際の内皮細胞で検証する。先行知見を基に各 NFAT family の内皮炎症応答性、NFAT/DSCR-1s feedback 制御に DSCR-1L, DYRK1A などの阻害因子を交えた非線形 NFAT シグナル伝達のモデル構築と検証、NFAT と NF-κB の協調的な炎症誘導転写システムの構築と個体レベルでの検証、と階層性をもって研究を推進する。
　そこで本研究では先ず初代血管内皮細胞 (HUVEC) を中心に、VEGF 血管新生性･炎症刺激で中核となる NFAT isoform を同定し、Ca-Cn-NFAT/DSCR-1 シグナル軸の減衰振幅反応の予測や、包括的な分子マシナリーを時系列非線形数理モデルで確立する。更に NF-κB との協調的なシグナルネットワークの予測･実証に加え、DSCR-1 の構造学的知見に基づいた NFAT 阻害活性と腎毒性（副作用）の病態相関やその病態予測が可能な数理モデルの構成を計画している。
　これら血管炎症シグナル伝達の数理モデル構築と内皮細胞･疾患モデルマウス (個体レベル) での実証解析を基に、生体恒常性維持システムの統合的理解を推進し、三大疾病 (がん･脳血管障害･心不全) に繋がる血管病態の予測やその破綻がもたらす病的シグナルの解明を目指す。本研究計画が円滑に進めば、先進国の最大死因となる血管病の内皮炎症がどう進展し遷延化するのかその解明に至るヒントが示され、将来的な創薬の糸口にも繋がることが期待される。

参考文献

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