実験医学:酸素シグナルが細胞機能を揺り動かす!〜NormoxiaからHypoxiaまで全身で行われるファインチューニング
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実験医学 2015年7月号 Vol.33 No.11

酸素シグナルが細胞機能を揺り動かす!

NormoxiaからHypoxiaまで全身で行われるファインチューニング

  • 田久保圭誉/企画
  • 定価 2,000円+税
  • 2015年06月発行
  • B5判
  • 139ページ
  • ISBN 978-4-7581-0141-7
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酸素は好気呼吸のみならず,細胞を動かす「シグナル」として機能します.炎症,がん,幹細胞ニッチ…からだの各所で酸素分圧がダイナミックに変わり,細胞が機能をファインチューニングする様子を紹介します.

《企画者のことば》

酸素はヒトを含む多くの生物の生存のために欠かすことができない.その生体内局所における分布や量は,時期や状況に応じてダイナミックに変化する.こうした酸素のダイナミクスに対して生物は細胞レベルや組織レベル,あるいは臓器連関を介して応答・適応して生き延びようとする.本特集では酸素生物学の最先端で明らかになってきた細胞レベルの酸素動態への応答システムと,個体レベルの適応戦略について紹介する.

目次

特集

酸素シグナルが細胞機能を揺り動かす!
NormoxiaからHypoxiaまで全身で行われるファインチューニング
企画/田久保圭誉
概論 ─ 酸素ダイナミクスと細胞の運命【田久保圭誉】
酸素はヒトを含む多くの生物の生存のために欠かすことができない.その生体内局所における分布や量は,時期や状況に応じてダイナミックに変化する.こうした酸素のダイナミクスに対して生物は細胞レベルや組織レベル,あるいは臓器連関を介して応答・適応して生き延びようとする.本特集では酸素生物学の最先端で明らかになってきた細胞レベルの酸素動態への応答システムと,個体レベルの適応戦略について紹介する.
生体における水酸化シグナルを介した低酸素応答【坂本毅治】
低酸素誘導性因子HIFのαサブユニットは,PHD,FIH-1の2種類の酸素依存性水酸化酵素によってその活性が制御されている.PHD,FIH-1欠損マウスでは胎仔期の組織発生,血管新生,代謝,免疫などさまざまな機能に表現型がみられる.われわれがFIH-1阻害分子として同定したMint3欠損マウスにおいても,マクロファージの機能低下と敗血症抵抗性の表現型が観察される.これらのことから,水酸化シグナルによるHIF活性のファインチューニングはさまざまな生命機能に重要な役割を果たしていることが明らかになりつつある.
赤血球造血制御による個体レベルの酸素恒常性維持機構【鈴木教郎】
動物個体において,各臓器への酸素供給は赤血球に依存している.したがって,貧血症は全身性に低酸素ストレスを惹起する.一方,高地などの低酸素環境では赤血球が増加し,少ない酸素を効率よく利用できるようになる.骨髄での赤血球造血は,腎臓から分泌されるエリスロポエチン (EPO) によって活性化される.本稿では,腎臓でEPO産生を担う 「REP細胞」 が個体レベルの酸素運搬効率を規定するという観点から,REP細胞における遺伝子の低酸素誘導的発現制御機構について概説する.また,EPO産生制御システムの破綻と病態との関連についても紹介する.
低酸素応答による造血幹細胞の発生と維持【田久保圭誉】
HIFを中心とした低酸素応答系は,臓器の発生と維持に重要な役割を果たしている.本稿ではその一例として,すべての血球を産生する能力をもつ造血幹細胞の発生・維持における低酸素応答系の寄与を紹介する.発生時期においては造血幹細胞が血管内皮より出芽するプロセスとその後の増殖にHIFが必要である.また,出生後に骨髄で造血幹細胞が血球産生を行う際は,周囲の低酸素環境で活性化されたHIFが造血幹細胞の生存,細胞周期の静止期維持やエネルギー代謝の調節を行う.これらの知見は低酸素応答系を標的とした造血幹細胞機能の人工制御や白血病幹細胞治療開発に寄与すると考えられる.
炎症と酸素シグナル【武田憲彦】
炎症局所は細胞の集積および間質の浮腫により低酸素環境に陥っている.低酸素状態では,細胞は低酸素依存的転写因子HIF-を中心としたさまざまな応答を示す.炎症細胞のなかでもマクロファージは低酸素環境に集積する性質があるが,最近の研究からマクロファージ活性化における低酸素シグナルの役割について多くの知見が集められてきている.炎症プロセスを活性化するメディエーターの産生のみならず,代謝調節やエピジェネティック制御機構など,低酸素シグナルを介する炎症細胞の活性制御機構に多くの関心が集められている.
がんの代謝制御標的としてのPGAM【三河拓己/稲垣暢也/近藤祥司】
がん細胞は活発に増殖するために多くのエネルギーを必要とする反面,低酸素・低栄養環境にしばしば直面する.低酸素環境下では主に転写因子HIF-1により解糖系代謝が亢進されることが知られていたが,近年HIF-1非依存的な解糖系制御のターゲットとして解糖系酵素PGAMが注目されている.われわれはPGAMの転写後修飾を介した解糖系制御を見出し,ストレス老化シグナルによるPGAMの分解が細胞老化をひき起こすことを報告した.一方,PGAM制御機構の破綻は細胞の不死化・がん化に寄与する.本稿では,PGAM制御の最新の知見を概説する.
進化にみる低酸素とガス交換 ― 恐竜,鳥,そして人工肺へ【桑平一郎】
低酸素環境をいかに生き抜くかという観点から,ヒマラヤの上空の高度10,000 mを飛行する鳥の肺について,ガス交換機序を概説する.鳥には横隔膜も肺胞もないが,ヒトを含めた哺乳類よりもはるかに優れた低酸素適応能力がある.これまで色々な議論があったが,鳥の祖先は恐竜であることが最近結論付けられた.地球がはるか昔に低酸素環境であった時代も生き残ることができた恐竜の呼吸について,ポイントを紹介する.そのガス交換機序は,現代の臨床医学にも人工肺ECMOとして生きている.

[連載]挑戦する人

研究戦略のブレーンとして新たな大学の道を拓く!【佐藤法仁】

Update Review

ゴルジ体ストレス応答への招待状【吉田秀郎/佐々木桂奈江】

[短期集中連載(2・3月号掲載)続編]

科学を愛するあなたのための研究費があります。[特別編]【原田慶恵】

トピックス

カレントトピックス
細胞の状態遷移過程ではエンハンサーが先行して活性化する【吉原正仁/粕川雄也/川路英哉】
脊椎動物の体の3D構造の形成に必須な重力耐性遺伝子の同定【古谷-清木 誠/Carl-Philipp Heisenberg/仁科博史】
無刺激神経細胞における26Sプロテアソームの「その場」でのビジュアルプロテオミクス【福田善之/浅野 翔/Wolfgang Baumeister】
「強きを助け弱きをくじく」-シナプス刈り込みを担う新規C1ql1シグナリング【掛川 渉/柚﨑通介】
News & Hot Paper Digest

連載

クローズアップ実験法
細胞のDNA修復能の蛍光検出法【岩井成憲】
教えて!エコ実験RETURNS
染物屋のカイゼン術【中川真一】
DR ~既存薬が新薬に生まれ変わる温故知新のサイエンス!
ビッグデータに基づくインシリコDR スクリーニング【山西芳裕】
UJA Presents 留学のすゝめ!
留学の壁と向き合い,決断をする【佐々木敦朗】
Campus & Conference 探訪記
ここが世界の最先端! ―第2回 ヒストンバリアント研究会【有村泰宏】
ラボレポート ―独立編―
アメリカの公立大学:教育と研究 ― The City University of New York at Brooklyn College【幾井恵見】
未来をつなぐ風
研究を支えるPh.D.の力:企業の立場から
Opinion ― 研究の現場から
今からできる! 科学コミュニケーションのススメ【大高木結媛/余越 萌】

関連情報

教えて!エコ実験RETURNS Online Supplemental Data

  • [1] スライドグラスへのコーキング剤塗布
  • 中川真一
  • 0分30秒 2015年6月19日公開
  • (1802ページ図1参照)
  • スライドグラスへのコーキング剤塗布
  • [2] 培養皿へのコーキング剤塗布(1区画)
  • 中川真一
  • 2分3秒 2015年6月19日公開
  • (1804ページ図4参照)
  • 培養皿へのコーキング剤塗布(1区画)
  • [3] 培養皿へのコーキング剤塗布(4区画)
  • 中川真一
  • 1分22秒 2015年6月19日公開
  • (1804ページ図5参照)
  • 培養皿へのコーキング剤塗布(4区画)
  • [4] 培養皿の壁壊し
  • 中川真一
  • 0分53秒 2015年6月19日公開
  • (1804ページ図6参照)
  • 培養皿の壁壊し
  • [5] 染色用チャンバーの作製
  • 中川真一
  • 1分10秒 2015年6月19日公開
  • (1805ページ図7参照)
  • 染色用チャンバーの作製
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  • 【本書名】実験医学:酸素シグナルが細胞機能を揺り動かす!〜NormoxiaからHypoxiaまで全身で行われるファインチューニング
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