ＥＳ／ｉＰＳ 由来心筋細胞における代謝を利用した新規分化誘導法及び精製法の構築

• Project/Area Number: 13J30005
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: General medical chemistry
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 遠山 周吾 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ヒトES細胞 / ヒトiPS細胞 / 心筋細胞 / 腫瘍化 / 移植 / 純化精製 / 代謝 / ES細胞 / iPS細胞 / 心筋分化 / 精製

Outline of Annual Research Achievements

ヒトES細胞およびiPS細胞はさまざまな細胞に分化可能であるため、再生医療への応用が期待されている。ヒトES細胞およびiPS細胞におけるエネルギー代謝は、おもにグルコースの代謝に依存することが知られているが、アミノ酸の役割に関する報告は少ない。我々は、ヒトES細胞およびiPS細胞におけるアミノ酸の代謝を解析することにより、グルタミンが重要な役割を担うことを明らかにした。ヒトES細胞およびiPS細胞をグルコースおよびグルタミンを除去した条件において培養した場合、グルコースのみを除去した場合に比べ、ATPが短時間で著明に低下しすみやかに死滅した。また、トランスクリプトーム解析およびメタボローム解析により、ヒトES細胞およびiPS細胞はピルビン酸ではなくグルタミンを効率よく利用してATPを合成していることがわかった。その原因として、ヒトES細胞およびiPS細胞において、アコニターゼ2およびイソクエン酸脱水素酵素2/3の発現が著明に低下していること、ATPクエン酸リアーゼが著明に上昇していることが示唆された。一方、心筋細胞は乳酸を効率よく利用することにより生存が可能であることがわかった。この代謝の特性を利用することにより、ヒトES細胞およびiPS細胞を分化した際に混入する未分化幹細胞を完全に除去した安全性の高い心筋細胞を作製することが可能となり、今後の再生医療の実現に貢献することが期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Glutamine Oxidation Is Indispensable for Survival of Human Pluripotent Stem Cells. (2016)
  • Author(s): Tohyama S, Fujita J, Hishiki T, Matsuura T, Hattori F, Ohno R, Kanazawa H, Seki T, Nakajima K, Kishino Y, Okada M, Hirano A, Kuroda T, Yasuda S, Sato Y, Yuasa S, Sano M, Suematsu M, Fukuda K.
  • Journal Title: Cell Metab Volume: 23 Issue: 4 Pages: 663-74
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2016.03.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Patient-Specific Induced Pluripotent Stem Cell Models: Characterization of iPS Cell-Derived Cardiomyocytes. (2016)
  • Author(s): Egashira T, Yuasa S, Tohyama S, Kuroda Y, Suzuki T, Seki T, Fukuda K.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 1353 Pages: 343-53
  • DOI: 10.1007/7651_2014_165
  • ISBN: 9781493930333, 9781493930340
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gelatin Hydrogel Enhances the Engraftment of Transplanted Cardiomyocytes and Angiogenesis to Ameliorate Cardiac Function after Myocardial Infarction. (2015)
  • Author(s): Nakajima K, Fujita J, Matsui M, Tohyama S, Tamura N, Kanazawa H, Seki T, Kishino Y, Hirano A, Okada M, Tabei R, Sano M, Goto S, Tabata Y, Fukuda K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10(7) Issue: 7 Pages: e0133308-e0133308
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0133308
  • NAID: 120005763407
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of cardiomyocyte movement in the developing murine heart. (2015)
  • Author(s): Hashimoto H, Yuasa S, Tabata H, Tohyama S, Seki T, Egashira T, Hayashiji N, Hattori F, Kusumoto D, Kunitomi A, Takei M, Kashimura S, Yozu G, Shimojima M, Motoda C, Muraoka N, Nakajima K, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Fukuda K
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 464 Issue: 4 Pages: 1000-1007
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.07.036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A massive suspension culture system with metabolic purification for human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. (2014)
  • Author(s): Hemmi N**, Tohyama S**, Nakajima K, Kanazawa H, Suzuki T, Hattori F, Seki T, Kishino Y, Hirano A, Okada M, Tabei R, Ohno R, Fujita C, Haruna T, Yuasa S, Sano M, Fujita J, Fukuda K.
  • Journal Title: Stem Cells Translational Medicine Volume: ３ Issue: 12 Pages: 1473-83
  • DOI: 10.5966/sctm.2014-0072
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Endogenous Prostaglandin D2 and Its Metabolites Protect the Heart Against Ischemia-Reperfusion Injury by Activating Nrf2. (2014)
  • Author(s): Katsumata Y, Shinmura K, Sugiura Y, Tohyama S, et al.
  • Journal Title: Hypertension Volume: 63 Issue: 1 Pages: 80-87
  • DOI: 10.1161/hypertensionaha.113.01832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation and characterization of functional cardiomyocytes derived from human T cell-derived induced pluripotent stem cells. (2014)
  • Author(s): Seki T, Yuasa S, Kusumoto D. Tohyama S, et al.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0085645
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of Human Cardiomyocyte-like Cells from Fibroblasts by Defined Factors. (2013)
  • Author(s): Wada R, Muraoka N, Inagawa K, Tohyama S, et al
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 110 Issue: 31 Pages: 12667-72
  • DOI: 10.1073/pnas.1304053110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct iPS Cells shows different Cardiac Differentiation Efficiency. (2013)
  • Author(s): Ohno Y, Yuasa S, Seki T, Fukuda K., et al.
  • Journal Title: Stem Cells International Volume: 2013 Pages: 659739-659739
  • DOI: 10.1155/2013/659739
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Metabolic Regulation of Pluripotent Stem Cells and Cardiac Regenerative Medicine (2016)
  • Author(s): Shugo Tohyama, Jun Fujita, Takako Hishiki, Fumiyuki Hattori, Motoaki Sano, Makoto Suematsu, Keiichi Fukuda
  • Organizer: 第80回日本循環器学会学術総会
  • Place of Presentation: 仙台国際会議場(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-18
  • Invited
• [Presentation] 代謝制御を基盤とした心臓再生医療 (2015)
  • Author(s): 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • Organizer: 第19回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Invited
• [Presentation] 代謝的アプローチによるヒトES/iPS細胞を用いた心臓再生医療 (2015)
  • Author(s): 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • Organizer: 第14回日本再生医療学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] A Massive Suspension Culture System with Metabolic Selection for Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes (2015)
  • Author(s): Shugo Tohyama, Jun Fujita, Natsuko Hemmi, Fumiyuki Hattori, Keiichi Fukuda
  • Organizer: The 18th Takeda Science Foundation Symposium on Bioscience
  • Place of Presentation: 武田薬品研修所
  • Year and Date: 2015-01-15 – 2015-01-17
• [Presentation] 多能性幹細胞の代謝と心臓再生医療 (2014)
  • Author(s): 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • Organizer: 第18回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館
  • Year and Date: 2014-11-21 – 2014-11-22
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞から作った心筋細胞で心臓病を治す! ? (2013)
  • Author(s): 遠山周吾
  • Organizer: 免疫ふしぎ未来2013(日本免疫学会主催)一般市民向け
  • Place of Presentation: 日本未来科学館
  • Year and Date: 2013-08-11
  • Invited
• [Presentation] メタボローム解析を用いたヒトES/iPS由来心筋細胞における純化精製法の確立 (2013)
  • Author(s): 遠山周吾、福田恵一
  • Organizer: 第29回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Year and Date: 2013-07-04
  • Invited
• [Presentation] Distinct Metabolic Flow Enables Purification of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes (2013)
  • Author(s): Tohyama S, Hattori F, Sano M, et al.
  • Organizer: The International Society for Heart Research, Japan Section 2013
  • Place of Presentation: San Diego( ポスター発表)
  • Year and Date: 2013-06-29
• [Presentation] ESおよびiPS細胞における未分化幹細胞除去法および心筋精製法 (2013)
  • Author(s): 遠山周吾, 服部文幸, 福田恵一
  • Organizer: 第23回日本サイトメトリー学会
  • Place of Presentation: 日本医科大学橘桜会館
  • Year and Date: 2013-06-23
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規未分化幹細胞除去および心筋純化精製培地 (2014)
  • Inventor(s): 遠山周吾 藤田淳 福田恵一
  • Industrial Property Rights Holder: 遠山周吾 藤田淳 福田恵一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-07-16