報道関係各位
2022 年 8 ⽉ 9 ⽇
⼭形⼤学医学部
広島⼤学両⽣類研究センター

腎尿細管再⽣メカニズムの解析から再⽣を促進する薬剤を発⾒~ ゲノム機能解析を⼿掛かりとした新たな組織再⽣促進にヒント ~【本件のポイント】
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損傷を受けた組織が再⽣する際には必ず再⽣遺伝⼦の発現が起こる。

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損傷を受けた腎尿細管細胞がどのようにして再⽣遺伝⼦を発現させるのかはわかっていなかった。

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両⽣類をモデルとしたゲノム機能解析から腎尿細管の再⽣では、転写因⼦ KLF15 ⽤語 1が再⽣遺伝⼦を発現させるための鍵であること、KLF15 の標的遺伝⼦としてアドレナリン受容体を発⾒した。

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損傷させた両⽣類の腎尿細管にアドレナリン受容体の作動薬を作⽤させると、再⽣が促進されることがわかった。

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本研究で発⾒した再⽣メカニズムに対するヒトの新規薬剤の開発が期待される。

【概要】
⼭形⼤学医学部の越智陽城准教授と広島⼤学両⽣類研究センターの荻野肇教授らの共同研究グループは、学術変⾰領域学術研究⽀援基盤形成 先進ゲノム⽀援の⾦井昭教特任准教授・鈴⽊穣教授(東京⼤学)の⽀援を受け、両⽣類をモデルに腎尿細管が再⽣する仕組みの解明とその再⽣を促進する薬剤を発⾒しました。
本研究グループは、腎尿細管再⽣のメカニズムを探るために、両⽣類の腎尿細管細胞を使い網羅的オープンクロマチン解析⽤語 2・エピジェネティック修飾⽤語 3 のクロマチン免疫沈降シーケンス解析⽤語 4・網羅的発現解析⽤語 5 を⾏いました。すると、損傷後の再⽣過程
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でオープンになるクロマチン領域には KLF15 が結合すること、その標的遺伝⼦の 1 つア
ドレナリン受容体の働きを阻害すると再⽣が起こらないことを発⾒しました。さらに損傷を与えた腎尿細管にアドレナリン受容体の作動薬を作⽤させると、再⽣が促進されることを⾒出しました。以上の結果は、未解明だった損傷後の腎尿細管が再⽣に⾄るまでのメカニズムの⼀端が明らかになったことに加え、そのメカニズムに作⽤する薬剤を⽤いることで再⽣の促進が可能あることを⽰すものであり、ヒトにおける再⽣促進に貢献すると期待されます。
本成果は、2022 年 8 ⽉ 8 ⽇（現地時刻）に⽶国の国際学術誌「Proceedings of theNational Academy of Sciences of the United States of America (Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.
A.) (⽶国科学アカデミー紀要)」にオンライン掲載されました。
●研究の背景損傷を受けた組織が再⽣するとき、再⽣に働く遺伝⼦を発現します。これら再⽣遺伝⼦の多くは、組織や器官形成で使われた発⽣制御遺伝⼦⽤語 6 であることが知られています。発⽣制御遺伝⼦は、組織や器官が完成すると使う必要がなくクロマチン⽤語 7 が閉じられ発現が抑制された状態になります。損傷後に遺伝⼦を再発現させるためには、まずはクロマチンを開くことが必要ですが、そのメカニズムはわかっていませんでした。ヒトを含む哺乳類の腎尿再開の再⽣では、尿細管上⽪細胞のなかに分裂速度の遅い細胞があり、それらが損傷尿細管の再⽣の源であることが知られています。両⽣類は哺乳類とよく似たシステムを採⽤しており、腎尿細管が損傷を受けると、残っている尿細管上⽪細胞の⼀部を使い再⽣します。そこで本研究は両⽣類をモデルに、網羅的オープンクロマチン解析を⾜掛かりとして、腎尿細管の再⽣メカニズムの解明を⾏いました。
●研究の成果 (研究の⼿法・成果)
両⽣類胚の腎尿細管の損傷前、再⽣中、再⽣が完了した細胞を⽤いて、網羅的オープンクロマチン解析、エピジェネティク修飾免疫沈降シーケンス解析、全 RNA 発現解析を⾏いました。これらデータを統合的に解析し、再⽣時にクロマチンが開く領域をエンハンサー⽤語 8の候補として、そのエンハンサーの活性化因⼦の候補として KLF、標的遺伝⼦の候補としてアドレナリン受容体（Adra1a）を発⾒しました。転写因⼦ KLF は、⼭中 4 因⼦の１つとして知られていますが、この転写因⼦ファミリーは活性化因⼦型、抑制因⼦型、活性化と抑制の両⽅の機能を持つ⼆機能型があります。全 RNA 発現解析から再⽣中の腎尿再開細胞では、KLF ファミリーのなかでも、klf4、 klf6、klf15、sp1、sp4 が発現することがわかりました。そこで次にいずれの KLF が再⽣特異的なオープンクロマチン領域（エンハンサーの候補）に対する転写活性化能を持つのか調べたところ、Klf6 と Klf15 が活性化因⼦として働くことがわかりました。次に、再⽣特異的なオープンクロマチン領域が腎損傷後の再⽣エンハンサーとして働くのか調べるために両⽣類のトランスジェニック・レポーター解析⽤語
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9を⾏ったところ、再⽣特異的なオープンクロマチン領域は腎尿細管の損傷に応答して活性化するエンハンサーであることがわかりました。また、KLF15 の機能を抑制すると腎尿細管の再⽣が阻害されることもわかりました。KLF15 は沢⼭の遺伝⼦の発現を誘導しますが、その１つにアドレナリン受容体があります。アドレナリン受容体は KLF15 の制御下で再⽣遺伝⼦として働くことが予想されます。そこで、腎尿細管に損傷を与えた両⽣類胚に対してアドレナリン受容体の阻害剤をさせると、その再⽣が抑制されることがわかりました。また反対にアドレナリン受容体の作動薬をさせると、腎尿細管の再⽣が促進されることがわかりました。
●今後の展開 (波及効果・今後の予定)
ヒトを含む哺乳類では、尿細管上⽪細胞の⼀部の細胞が損傷後の再⽣に寄与することが知られています。両⽣類も哺乳類とよく似たシステムを採⽤しており、腎尿細管が損傷を受けると、残っている尿細管上⽪細胞の⼀部を使い再⽣します。このことはヒトも本研究で発⾒した再⽣メカニズムを使っている可能性があります。KLF15-アドレナリン受容体を標的とした医薬シーズ開発を実施することで、ヒトにおける損傷治癒を促進させる技術や医薬品の開発に繋がることが期待されます。

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【論⽂情報】
掲載誌: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
論⽂タイトル: Adrenergic receptor signaling induced by Klf15, a regulator of regenerationenhancer, promotes kidney reconstruction
著者: 鈴⽊菜花 (広島⼤学両⽣類研究センター, 技術員 (元⼭形⼤学医学部, 研究⽀援員)),
⾦井昭教 (東京⼤学⼤学院新領域創成科学研究科, 特任准教授), 鈴⽊穣 (東京⼤学⼤学院
新領域創成科学研究科, 教授), 荻野肇 (広島⼤学両⽣類研究センター, 教授), 越智陽城
(⼭形⼤学医学部, 准教授)
DOI: 10.1073/pnas.2204338119【謝辞】
本研究は、新学術領域研究「3 次元構造を再構築する再⽣原理の解明」(25124704)、⽇本学術振興会(JSPS) 科学研究費補助⾦(15K07082 and 22K06233 to H Ochi and 19K06689
and 22K06240 to H. Ogino)、鈴⽊謙三記念医科学応⽤研究財団、⼭形⼤学先進的研究拠点(YU-COE)、武⽥科学振興財団の助成によって⾏われました。ナショナルバイオリソースプ
ロジェクト ツメガエル・イモリからはゲノム DNA の提供を受けています。ATAC-seq は先進ゲノム⽀援（第 1 期）(16H06279（PAGS）)の⽀援を受けました。
【⽤語説明】[⽤語 1] 転写因⼦はエンハンサーなどの DNA 配列に結合するタンパク質で、遺伝⼦の発現のオン・オフを決定する因⼦である。KLF15 は⼭中 4 因⼦の 1 つ KLF4 も属する Zn フ
ィンガー型転写因⼦ Krüppellike factor family of transcription factor (KLF)ファミリーに属する。
[⽤語 2] 網羅的オープンクロマチン解析（ATAC-seq）はトランスポゼースを使い、クロマチンがオープンになっている領域を次世代シーケンサー（DNA 配列を⼤量に読み取る装置）で網羅的に解析する技術である。全ゲノムレベルでエンハンサーやプロモーター領域を解析する⽅法として利⽤される。
[⽤語 3] エピジェネティック修飾: 後天的にゲノム機能を制御する情報。DNA の塩基配列の変化を伴わず、DNA そのものや DNA が絡みついているヒストンタンパク質の修飾などにより、遺伝⼦の発現が制御される。
[⽤語 4] クロマチン免疫沈降シーケンス解析（ChIP-seq 解析）: ⽬的とするヒストンタンパク質のエピジェネティック修飾に対する抗体を⽤いてタンパク質を含む断⽚を濃縮し、DNA の配列を次世代シーケンサで解析することによりヒストン修飾状態を全ゲノム的に4 / 5

得るエピゲノム解析⼿法。
[⽤語 5] 網羅的発現解析（RNA-seq 解析）： 細胞内の全遺伝⼦発現レベルを次世代シーケンサで計測する⼿法。
[⽤語 6] 発⽣制御遺伝⼦: 組織や器官の形成に関わる遺伝⼦。
[⽤語 7] クロマチン: ゲノム DNA とヒストンなどのタンパク質の複合体で、DNA が折りたたまれている。この構造変化により転写因⼦の DNA への結合が調整されることで遺伝⼦発現が制御される。
[⽤語 8] エンハンサー: ゲノムの中には遺伝⼦の他に、⾮コード DNA 領域と呼ばれる遺伝⼦以外の領域が存在する。この⾮コード DNA 領域はヒトゲノムの 98%を占め、遺伝⼦の発現をオンにしたり、オフにしたりする領域が存在する。遺伝⼦の発現をオンにする領域は、エンハンサーと呼ばれる。脊椎動物の間で⽐べると、遺伝⼦の総数やその機能は、よく似ていることが知られている。このことから、⾮コード DNA 領域のエンハンサーなどの働きが、⽣命の鍵を握ると⾔われている。
[⽤語 9] トランスジェニック・レポーター解析: ヒトゲノムには約 2 万個の遺伝⼦が存在すると⾔われている。⼀⽅、それら遺伝⼦を発現させるためのエンハンサーは、100 万個程度あると予想されている。体の中でのエンハンサーの働きを知るために、エンハンサーと予想されるゲノム領域を green fluorescent protein（GFP）などの蛍光タンパク質遺伝⼦に連結した⼈⼯遺伝⼦ (レポーターと呼ばれる)を作製し、これを遺伝⼦改変技術でゲノムに導⼊する⽅法がある。これを、トランスジェニック・レポーター解析と⾔う。

【研究について】
⼭形⼤学医学部メディカルサイエンス推進研究所准教授 越智陽城
TEL: 023-628-5925, E-mail: harukiochi@med.id.yamagata-u.ac.jp【⼭形⼤学医学部広報担当】
担当:⼭形⼤学医学部総務課庶務担当(秘書室)
TEL: 023-628-5872, E-mail: yu-isokoho@jm.kj.yamagata-u.ac.jp

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