研究

内耳研究グループ

聴覚受容器官である蝸牛は、内リンパ腔と呼ばれる特殊な閉鎖空間を内包しており、同部位に蓄えられた内リンパ電位という電気的なポテンシャルを利用して、音波の機械的刺激を電気に変換する仕組み(機械電気変換)を備えています。内リンパ電位は内リンパ腔の外側壁を構成する、血管条と呼ばれる一連の細胞群が形成しており、近年の研究によって詳細な成立メカニズムが判明してきました。細胞レベルでみると、感覚細胞である有毛細胞が機械電気変換装置を備えており、その分子的メカニズムも徐々に明らかになりつつあります。内耳研究グループは、この精緻かつ巧妙な内耳の感覚受容機構を解明すべく、国内外の基礎研究室と連携して研究をすすめており、その成果は内耳医学のみならず細胞生物学領域における新たな視点を提供するものとして注目されています。以下に現在行っている研究の一部を紹介します。

1.有毛細胞の機能と形態に関する研究

有毛細胞の鋭敏な感受性を保つためには、細胞体や不動毛を最適な形に維持することが必要です。我々は有毛細胞が持つ特徴的な形態を維持するためのメカニズムについて、特に細胞接着や電子顕微鏡レベルの微細膜構造に着目して研究しています1),2)。また、国内外の基礎研究室と共同で有毛細胞特異的なコンディショナルノックアウトマウスを作成し、有毛細胞機能に関わる分子の働きについて解析しています。3)

1)Sakaguchi H, Tokita J, Naoz M, Bowen-Pope D, Gov NS, Kachar B.Dynamic compartmentalization of protein tyrosine phosphatase receptor Q at the proximal end of stereocilia: Implication of myosin VI-based transport. Cell Motil Cytoskeleton. 65(7):528-38, 2008. 7.

2) Kazmierczak P, Sakaguchi H, Tokita J, Wilson-Kubalek EM, Milligan RA, Müller U, Kachar B. Cadherin 23 and protocadherin 15 interact to form tip-link filaments in sensory hair cells. Nature. 449(7158):87-91, 2007. 9.

3) Ebrahim S, Fujita T, Millis BA, Kozin E, Ma X, Kawamoto S, Baird MA, Davidson M, Yonemura S, Hisa Y, Conti MA, Adelstein RS, Sakaguchi H, Kachar B. NMII forms a contractile transcellular sarcomeric network to regulate apical cell junctions and tissue geometry. Curr Biol. 23(8):731-6.2013. 4

4) Ueyama T, Son J, Kobayashi T, Hamada T, Nakamura T, Sakaguchi H, Shirafuji T, Saito N.Negative charges in the flexible N-terminal domain of Rho GDP-dissociation inhibitors (RhoGDIs) regulate the targeting of the RhoGDI-Rac1 complex to membranes. J Immunol 191(5):2560-9, 2013.7.

5) Ueyama T, Sakaguchi H, Nakamura T, Goto A, Morioka S, Shimizu A, Nakao K, Hishikawa Y, Ninoyu Y, Kassai H, Suetsugu S, Koji T, Fritzsch B, Yonemura S, Hisa Y, Matsuda M, Aiba A, Saito N.Maintenance of stereocilia and apical junctional complexes by Cdc42 in cochlear hair cells. J Cell Sci127(Pt 9):2040-52, 2014.5.

2.眼球運動と視覚認知に関する研究

平衡覚研究班は、眼球運動と視覚認知に関する研究を行っています.

  • 動く視覚刺激に対する順応の滑動性追跡眼球運動への影響1)
  • 動く視覚刺激に対する順応の追従眼球運動への影響2)(図1)
  • 視運動性眼振への空間周波数の影響
  • 視運動性眼振の時系列・確率的解析

以上の実験は京都大学認知行動脳科学講座と共同で行っています。

図1 図2

 

1) Taki M, Miura K, Tabata H, Hisa Y, Kawano K. The effects of preceding moving stimuli on the initial part of smooth pursuit eye movement. Exp Brain Res. 175(3):425-38, 2006. 11.

2) Taki M, Miura K, Tabata H, Hisa Y, Kawano K. The effects of prolonged viewing of motion on short-latency ocular following responses. Exp Brain Res.;195(2):195-205, 2009. 5.

 

鼻・副鼻腔研究グループ

鼻・副鼻腔研究グループでは慢性副鼻腔炎とアレルギー性鼻炎を主要テーマとして臨床と並行して研究に取り組んでいます。

1.副鼻腔および気道上皮に関する研究

慢性副鼻腔炎は鼻副鼻腔粘膜の浮腫性変化と粘液分泌を特徴とする疾患です。こういった変化が細胞レベルでどのようなしくみで起こるのかは未だに不明な点が多いのが現状です。 我々は鼻副鼻腔粘膜の構成細胞のなかでも、特に上皮細胞に着目し慢性副鼻腔炎の病態解明のため研究を進めています。材料として、手術で切除した鼻茸や副鼻腔粘膜から上皮のみを単離し培養し、用いています。これまでの研究で、培養上皮細胞のイオン輸送の特性を明らかにしました1),2)。現在はサイトカインなどの生理活性物質を作用させた際の培養上皮細胞の反応や形態変化をELISA法、real time PCR法、免疫組織化学法などを用いて解析しています。

主要な論文

1) Yasuda M, Niisato N, Miyazaki H, Hama T, Dejima K, Hisa Y, Marunaka Y. Epithelial ion transport of human nasal polyp and paranasal sinus mucosa. Am J Respir Cell Mol Biol 36(4):466-472, 2007.4.

2) Yasuda M, Niisato N, Miyazaki H, Iwasaki Y, Hama T, Dejima K, Hisa Y, Marunaka Y. Epithelial Na+ channel and ion transport in human nasal polyp and paranasal sinus mucosa.Biochem Biophys Res Commun 362(3):753-758, 2007.10.

3) Kobayashi M, Nakamura T, Yasuda M, Hata Y, Okura S, Iwamoto M, Nagata M, Fullwood NJ, Koizumi N, Hisa Y, Kinoshita S. Ocular surface reconstruction with a tissue-engineered nasal mucosal epithelial cell sheet for the treatment of severe ocular surface diseases.Stem Cells Transl Med 4(1):99-109, 2015.1.

 

好酸球性副鼻腔炎手術症例の予後不良因子の検索  → 研究へのご協力のお願い

 

喉頭研究グループ

  

喉頭研究グループは音声・嚥下機能およびその障害に関わる研究を行っています。他に類を見ない多彩な研究手法を用いて喉頭科学の探求を目指しています。

                 

 

1.喉頭の再生医療と先制医療

  • 声帯の再生医療1):声帯の不可逆的な硬化性病変(声帯瘢痕、溝症、加齢萎縮)に対し、再生医療的アプローチによる声帯再生を目指し、自家間葉系幹細胞、塩基性線維芽細胞増殖因子、肝細胞増殖因子などを用いた再生医療の基礎的研究を行うとともに、臨床応用への試みを行う。一部はすでに医師主導治験に至っている。

  • 声帯麻痺に対する神経筋の再生医療:声帯麻痺に対する神経再生、筋再生のために、塩基性線維芽細胞増殖因子などの細胞増殖因子を用いた研究を行う。これまでの研究成果で、細胞増殖因子の声帯筋への導入により一定の神経筋再生効果が確認されている。

  • 喉頭領域における先制医療2),3),4):発声・嚥下機能の維持のための予防医療について研究を進める。これまでの研究で活性酸素による組織障害が機能障害へと繋がる事が示されており、発声・嚥下機能の維持のための抗酸化治療を含めた予防医学に関して研究を進める。

1) Hirano S, Sugiyama Y, Kaneko M, Mukudai S, Fuse S, Hashimoto K. Intracordal Injection of Basic Fibroblast Growth Factor in 100 Cases of Vocal Fold Atrophy and Scar. Laryngoscope 2020 Oct 27. doi: 10.1002/lary.29200. Online ahead of print.

2) Kaneko M, Sugiyama Y, Mukudai S, Hirano S. Effects of Voice Therapy for Dysphonia due to Tension Imbalance in Unilateral Vocal Fold Paralysis and Paresis. J Voice. 2020 Aug 17:S0892-1997(20)30274-5. doi: 10.1016/j.jvoice.2020.07.026. Online ahead of print.

3) Kaneko M, Sugiyama Y, Mukudai S, Hirano S. Effect of Voice Therapy Using Semioccluded Vocal Tract Exercises in Singers and Nonsingers With Dysphonia. J Voice. 2020 Nov;34(6):963.e1-963

4) Ozawa S, Mukudai S, Sugiyama Y, Branski RC, Hirano S. Mechanisms Underlying the Antifibrotic Potential of Estradiol for Vocal Fold Fibrosis. Laryngoscope. 2020 Dec 30. doi: 10.1002/lary.29355. Online ahead of print.

2.脳幹における非呼吸性喉頭運動の生成及び制御に関する研究

喉頭は呼吸性運動及び発声、嚥下、嘔吐などの非呼吸性運動において重要な役割を担っている。例えば安静呼吸時、声帯は吸気相で外転し呼気相早期に僅かに内転する。また、嚥下時には喉頭挙上及び声門閉鎖が起こり食塊の誤嚥を防ぎ、かつ咽頭収縮筋の活動とともに食道への輸送を円滑にしている。さらに、発声時、声帯は強く内転し呼気流により振動する。これらの喉頭運動は主に脳幹に存在する神経ネットワークによって生成及び制御されているが、そのメカニズムは未だ不明な点が多い。我々は高度な電気生理学的及び組織学的手法を用いこれらのメカニズムを解明することを目的としている。

  1. 脳幹における嚥下パターンジェネレータ(CPG)の解析1)
  2. 時間的空間的に非常に高い再現性をもつ嚥下運動は脳幹特に延髄に存在するパターンジェネレータにより生成、制御されていると言われている。元来、特に孤束核を中心とする領域と疑核を中心とする領域が嚥下運動を生成する領域とされてきたが、我々はその他にも延髄内に広く分布する嚥下関連ニューロンがその生成、制御に重要な役割を担っていると考えている。しかしながらその神経ネットワークの多くはブラックボックスのままである。我々は嚥下関連ニューロンの電気生理学的及び組織学的解析を行うことでそのネットワークの解明を目指している。2),3),4) また、電気生理学的手法を用いた嚥下CPG研究を利用した干渉波電気刺激による嚥下促通効果の検討5) や薬剤の嚥下惹起性への効果の検証など臨床へつながる研究にも取り組んでいる。最近では灌流モデルを用いた実験系による嚥下CPG研究にも取り組んでいる。

                                
               
           
    電気生理学研究手法を用いた様々な嚥下CPG研究

     

  3. 脳幹における発声機構の解明6)
  4. 中脳中心灰白 (PAG) は発声運動のゲートと言われており、電気刺激あるいは化学刺激により発声運動が誘発される。その経路はPAGから後疑核を通り疑核へ向かう一連の神経ネットワークにより構成される。しかし、それ以外の領域でも化学刺激により発声運動が誘発されることから、異なるあるいは関連する神経ネットワークの存在が示唆される。我々はこれらの複雑な神経ネットワークにより駆動される発声機構の解明を目指している。

    PAG induced vocalization

1) Sugiyama Y, Shiba K, Nakazawa K, Suzuki T, Umezaki T, Ezure K, Abo N, Yoshihara T, Hisa Y. Axonal projections of medullary swallowing neurons in guinea pigs. J Comp Neurol 519:2193-2211, 2011.

2) Fuse S, Sugiyama Y, Dhingra RR, Hirano S, Dutschmann M, Oku Y. Effects of pharmacological lesion of the nucleus retroambiguus region on the pharyngeal phase of swallowing. Respir Physiol Neurobiol. 2019;268:103244. doi: 10.1016/j.resp.2019.06.001. Epub 2019 Jun 18.

3) Fuse S, Sugiyama Y, Hashimoto K, Umezaki T, Oku Y, Dutschmann M, Hirano S. Laryngeal afferent modulation of swallowing interneurons in the dorsal medulla in perfused rats.  Laryngoscope. 2020;130(8):1885-1893.

4) Kinoshita S, Sugiyama Y, Hashimoto K, Fuse S, Mukudai S, Umezaki T, Dutschmann M, Hirano S. Influences of GABAergic Inhibition in the Dorsal Medulla on Contralateral Swallowing Neurons in Rats.  Laryngoscope. 2020 Nov 4. doi: 10.1002/lary.29242. Online ahead of print.

   

5) Umezaki T, Sugiyama Y, Fuse S, Mukudai S, Hirano S. Supportive effect of interferential current stimulation on susceptibility of swallowing in guinea pigs. Exp Brain Res 236(10):2661-2676, 2018

6) Sugiyama Y, Shiba K, Mukudai S, Umezaki T, Hisa Y. Activity of respiratory neurons in the rostral medulla during vocalization, swallowing, and coughing in guinea pigs. Neurosci Res 80:17-31, 2014

           
共同研究機関 国際医療福祉大学
  福岡山王病院耳鼻咽喉科・音声嚥下センター
         
兵庫医科大学 生理学 生体機能部門
       

 

腫瘍研究グループ

 頭頸部研究グループは、様々な癌細胞の悪性形質と、癌細胞周囲の細胞により形成される癌微小環境の両面から頭頸部癌研究を進め、治療の有効性を予測し、適材適所治療につながる、バイオマーカー探索を行っています。

                 

 

1.新規組織イメージング法を用いた頭頸部癌免疫的微小環境の解析(上図①)

私達の体は免疫機構により癌を排除する力がある一方、癌が進行するにつれ、癌が周りの細胞や血管などを自身の増殖や転移・浸潤に有利になるよう誘導する 癌微小環境を構成して、免疫機構を働きにくくすることが知られています。この癌微小環境は、癌の成長の速さや転移などの悪性度、化学療法や分子標的薬への薬の効きにくさにも 関わることから、癌の制御や治療効果を予測するバイオマーカーをみつける上で、癌微小環境の理解が重要な課題となっています。

当研究室では、この癌微小環境を解析するために、従来の免疫組織化学手法と同等な費用で1枚のパラフィン包埋ホルマリン固定(FFPE)切片で12マーカーを解析可能な多重免疫染色法を実用化しています1)。 この方法で、癌組織中の各種 T細胞、B細胞、NK細胞、マクロファージ、樹状細胞、顆粒球などの免疫細胞を、組織構造を保ったまま、同一組織上で位置情報・分布を含めて定量的に評価可能になりました。現在、国内外の共同研究を通じて、この方法を使った癌微小環境の解析を進めています2)3)4)

                     

     

    リンパ節転移巣内に集簇する免疫細胞巣(当教室の研究室内にて撮影・解析)      

1)Tsujikawa T, Kumar S, Borkar RN, et al.  Quantitative Multiplex Immunohistochemistry Reveals Myeloid-Inflamed Tumor-Immune Complexity Associated with Poor Prognosis.  Cell Reports. 2017;19(1):203-217.

2) Gopalakrishnan V, Spencer C, Nezi L, et al. Gut microbiome modulates response to anti–PD-1 immunotherapy in melanoma patients. Science. 2018;359(6371):97-103.

3) Pennock ND, Martinson HA, Guo Q, et al.   Ibuprofen supports macrophage differentiation, T cell recruitment, and tumor suppression in a model of postpartum breast cancer. Journal for immunotherapy of cancer. 2018;6(1):98.

     

4)Chang YH, Tsujikawa T, Margolin A, Coussens LM, Gray JW. Multiplexed immunohistochemistry image analysis using sparse coding. Paper presented at: Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2017 39th Annual International Conference of the IEEE2017.

2頭頸部癌の治療抵抗性に関与する分子機構の解析(上図②)

頭頸部癌は嚥下、咀嚼、発声、呼吸などの極めて重要な機能を脅かし、これらの機能は治療によっても損なわれるため、極力機能を温存した治療が必要です。化学放射線療法は機能温存治療として標準治療となっていますが、現在放射線抵抗性あるいは化学療法抵抗性を治療前に予測する方法はありません。 P62/SQSTM1タンパク質は癌細胞の生存に寄与する極めて重要な因子として注目されている分子で、我々の先行研究においては、下咽頭癌の放射線抵抗性との関係が示され、放射線抵抗性、さらには化学療法抵抗性を予測する有力なターゲットとなる可能性が考えられています1)

またP62/SQSTM1は、autophagyという生体防御機構が欠損すると細胞内に蓄積され凝集体を形成するタンパク質であり、Nrf2-Keap1経路にも関与しています。下咽頭癌におけるp62発現と放射線抵抗性について下図に示します。口腔癌についてもp62発現については調査されています2)

                     

     

     

    そこで、現在我々は特に中咽頭癌に着目して、研究をしています。中咽頭癌はHPV(ヒト乳頭腫ウィルス)が原因となって発癌するものとそれ以外にわけて分類されています。前者は後者に比べて、有意に予後良好で化学放射線療法に感受性が良いとされます。 ところが、HPV関連中咽頭癌のなかにも化学放射線療法に抵抗性のものもみられ、逆もまた存在します。 HPV関連の有無とp62発現の程度と中咽頭癌データベースを調べることで放射線感受性の謎を解き明かす一歩を踏み出せるのではないかと期待しています。

      1)Arai A, Chano T, Ikebuchi K, et al. p62/SQSTM1 levels predicts radiotherapy resistance in hypopharyngeal carcinomas. Am J Cancer Res. 7 (4): 881-891, 2017.

      2) Inui T, Chano T, Takikita-Suzuki M, et al. Association of p62/SQSTM1 excess and oral carcinogenesis.PloS One. 24 (8), 2013.

    3頭頸部癌のリンパ節転移制御機構の解明(上図③)

    1)、CCR7、CXCR44 2)の高発現や、 細胞外基質分解による浸潤能獲得に関与するMMP-2の発現3)を報告し、臨床病理学的解析に注力してきました。 最近では、頭頸部癌の頸部リンパ節転移機構の新たな転移関連分子の同定のために、web-based bioinformaticsを用いたデータベース解析により、頭頸部癌においてMyo1Bの過剰発現がリンパ節転移促進機構に関わっていることを明らかにしました4)。 こうした取り組みを通じて、頭頸部癌制御に重要な転移制御の機構についての研究を続けています。

      1)Tsujikawa T, Yaguchi T, Ohmura G, et al.  Autocrine and paracrine loops between cancer cells and macrophages promote lymph node metastasis via CCR4/CCL22 in head and neck squamous cell carcinoma. International journal of cancer. 2013;132(12):2755-2766.

      2)Ueda M, Shimada T, Goto Y, et al. Expression of CC-chemokine receptor 7 (CCR7) and CXC-chemokine receptor 4 (CXCR4) in head and neck squamous cell carcinoma. Auris Nasus Larynx. 2010;37(4):488-495.

      3)Kayano K, Shimada T, Shinomiya T, et al.  Activation of pro‐MMP‐2 mediated by MT1‐MMP in human salivary gland carcinomas: possible regulation of pro‐MMP‐2 activation by TIMP‐2. The Journal of pathology. 2004;202(4):403-411.

           

      4)Ohmura G, Tsujikawa T, Yaguchi T, et al. Aberrant myosin 1b expression promotes cell migration and lymph node metastasis of HNSCC. Molecular Cancer Research. 2015;13(4):721-731.