動的多細胞コミュニティの生体イメージング解析

• Project Area: Dynamic cell community science starting with bone imaging
• Project/Area Number: 22H05084
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Kobe University (2024); Osaka University (2022-2023)
• Principal Investigator: 菊田 順一 神戸大学, 医学研究科, 教授 (60710069)
• Project Period (FY): 2022-05-20 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥80,470,000 (Direct Cost: ¥61,900,000、Indirect Cost: ¥18,570,000); Fiscal Year 2024: ¥26,780,000 (Direct Cost: ¥20,600,000、Indirect Cost: ¥6,180,000); Fiscal Year 2023: ¥26,780,000 (Direct Cost: ¥20,600,000、Indirect Cost: ¥6,180,000); Fiscal Year 2022: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000)
• Keywords: 細胞コミュニティ / 生体イメージング

Outline of Research at the Start

本研究では、これまで独自に開発してきた骨の生体イメージング技術と、新規に開発する細胞単離・オミクス解析技術を融合させ、骨リモデリングに関わる細胞コミュニティの時空間的相互作用の動態情報と遺伝子発現情報を抽出して紐づけるとともに、社会科学の視点を取り入れた情報学的解析により、骨社会における細胞コミュニティを俯瞰的に理解し、骨リモデリングを支配する基本原理を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

骨は、骨格の維持にとどまらず、骨代謝、造血・免疫など生体機能の恒常性を維持する上で極めて重要な役割を担う。骨髄内には、役割の異なる多種多様な細胞が存在し、複雑な細胞間ネットワークを形成することで、日々多彩な生命現象が営まれている。例えば、骨を溶かす“破骨細胞”と骨を作る“骨芽細胞”が協調して働くことで、骨の構造が緻密に形作られている。骨の再構築(骨リモデリング)は、破骨細胞が古い骨を溶かすことから開始する。その後、骨芽細胞は溶かされた領域に新しい骨を形成し、自ら産生した骨基質に埋まって骨細胞へと分化して、骨リモデリングが終了すると考えられている。しかしながら、骨は生体で最も硬い組織であるがゆえにシングルセル解析が難しく、骨を構成する細胞社会が一体どのような分子基盤や“論理”で統制されているのかは謎のままである。本研究では、これまで独自に開発してきた骨の生体イメージング技術と、新規に開発する細胞単離・オミクス解析技術を融合させ、骨リモデリングに関わる細胞コミュニティの時空間的相互作用の動態情報と遺伝子発現情報を抽出して紐づけるとともに、社会科学の視点を取り入れた情報学的解析により、骨社会における細胞コミュニティを俯瞰的に理解し、骨リモデリングを支配する基本原理の解明を目指す。本年度は、近接したローカルな細胞コミュニティ間の相互作用を解析するため、生体内環境を保ったまま、特定の細胞集団を識別して採取し遺伝子発現を解析する技術の開発を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

骨社会における細胞コミュニティの紐帯維持機構の解析を行うことができ、本年度終了時としては順調に経過している。

Strategy for Future Research Activity

計画班A01で得られた細胞動画像とオミクスデータを紐づけて視覚化し、計画班A02の情報科学的解析と、計画班A03の数理社会解析を通して、骨の動的多細胞社会を支配する基本原理を解明する。

Research Products

• [Journal Article] Single-cell transcriptomics of human cholesteatoma identifies an activin A-producing osteoclastogenic fibroblast subset inducing bone destruction (2023)
  • Author(s): Shimizu Kotaro、Kikuta Junichi、Ohta Yumi、Uchida Yutaka、Miyamoto Yu、Morimoto Akito、Yari Shinya、Sato Takashi、Kamakura Takefumi、Oshima Kazuo、Imai Ryusuke、Liu Yu-Chen、Okuzaki Daisuke、Hara Tetsuya、Motooka Daisuke、Emoto Noriaki、Inohara Hidenori、Ishii Masaru
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 4417-4417
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40094-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protocol for live imaging of transferred mouse bone marrow cells by two-photon microscopy (2023)
  • Author(s): Sudo T, Yamashita E, Kikuta J, Ishii M
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 4 Issue: 4 Pages: 102654-102654
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102654
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] JAK inhibition ameliorates bone destruction by simultaneously targeting mature osteoclasts and their precursors (2023)
  • Author(s): Yari et al.
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 43 Issue: 1 Pages: 18-18
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00268-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Progressive differentiation toward the long-lived plasma cell compartment in the bone marrow. (2023)
  • Author(s): Koike T, Fujii K, Kometani K, Butler NS, Funakoshi K, Yari S, Kikuta J, Ishii M, Kurosaki T, Ise W
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 220 Issue: 2 Pages: 2-2
  • DOI: 10.1084/jem.20221717
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arthritis-associated osteoclastogenic macrophage, AtoM, as a key player in pathological bone erosion. (2022)
  • Author(s): Agemura T, Hasegawa T, Yari S, Kikuta J, Ishii M
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 42 Issue: 1 Pages: 17-17
  • DOI: 10.1186/s41232-022-00206-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 生体イメージングを活用した再生医療研究 (2024)
  • Author(s): 菊田順一
  • Organizer: 第23回日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] 骨イメージングではじめる動的多細胞コミュニティ学 (2023)
  • Author(s): 瀬尾茂人、加藤晋、梅谷俊治、五十嵐彰、図斎大、澤亮治、呂沢宇、菊田順一
  • Organizer: 日本科学振興協会 年次大会2023
• [Presentation] 生体二光子励起イメージングで解き明かすバイオミネラリゼーション (2023)
  • Author(s): 菊田順一、石井優
  • Organizer: 第52回結晶成長国内会議
  • Invited
• [Presentation] ゼロから始める生体イメージング研究～病態解明と新たな治療を目指して～ (2022)
  • Author(s): 菊田順一、石井優
  • Organizer: 第31回日本リウマチ学会近畿支部学術集会
  • Invited
• [Presentation] 生体多光子励起イメージングによる免疫疾患の病態解明 (2022)
  • Author(s): 菊田順一、石井優
  • Organizer: 第50回日本臨床免疫学会総会
  • Invited
• [Presentation] 生体イメージング技術による免疫疾患治療薬のin vivo薬理作用の解明 (2022)
  • Author(s): 菊田順一、石井優
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
  • Invited