疾患特異的ｉＰＳ細胞を用いた、細胞内代謝分配が血球分化に果たす役割の解明

• Project/Area Number: 15J06514
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Pediatrics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐伯 憲和 京都大学, 医学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 疾患特異的iPS細胞 / 細網異形成症 / AK2 / 細胞内エネルギー分布 / 細胞内ATP分布 / 遺伝子プロファイル / RNA合成速度 / TCAサイクル / DCA / 血液前駆細胞 / メタボローム解析 / 代謝フラックス解析

Outline of Annual Research Achievements

本年度は新生RNAを捉える手法によってAK2依存的なATP量によって制御される転写生合成速度について解析し、血液前駆細胞において核内ATP不足によって影響を受ける遺伝子プロファイルの同定を行うこと、メタボローム解析および同位体標識を利用したフラクソーム解析によって明らかとなったAK2(-)において変動が見られる代謝経路に関して、薬剤による制御を加えることで好中球の成熟遅滞を回復できないか検証し、RDにおけるエネルギー代謝産物の役割の同定することを目指した。5-bromouridine(BrU)を細胞にパルスすることで合成中のRNAの基質を置換し、ラベルされた新生RNAを時系列ごとに回収することでtotal RNAのターンオーバーを確認したところ、AK2(-)前駆細胞では合成および分解速度が有意に減少していることが示された。現在、回収した新生RNAからcDNAを合成し、次世代シーケンサーによって網羅的に測定することを検討中である。
加えて、昨年度までの代謝解析結果から、TCAサイクルの回転速度の調節が細胞の分化運命決定に重要な役割を果たすと仮説を立て、ミトコンドリアへのピルビン酸輸送キャリア阻害剤であるUK5099を前駆細胞が出現するDay4-10において投与することでTCAサイクルの阻害を実施し、表現系の回復が見られるか検証を行った。結果、UK5099投与によって、AK2(-)株においても分葉核を有する成熟好中球が認められ、AK2(+)株と同等の頻度まで回復した。現在、Tリンパ球系においても分化表現系の回復が認められるかどうか検討を行なっており、本代謝経路の役割が複数の分化系列において寄与しているかどうか検証中である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Human AK2 links intracellular bioenergetic redistribution to the fate of hematopoietic progenitors (2018)
  • Author(s): Oshima Koichi、Watanabe Akira、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K. et al.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 497 Issue: 2 Pages: 719-725
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.139
  • NAID: 120006466601
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Laminin-guided highly efficient endothelial commitment from human pluripotent stem cells. (2016)
  • Author(s): Ohta R., Niwa A., Taniguchi Y., Suzuki NM., Toga J., Yagi E., Saiki N., Nishinaka-Arai Y., Okada C., Watanabe A., Nakahata T., Sekiguchi K., Saito MK.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: - Issue: 1 Pages: 35680-35680
  • DOI: 10.1038/srep35680
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Intracellular bioenergetic redistribution via human AK2 controls the fate of hematopoietic progenitors. (2017)
  • Author(s): Saiki N., Oshima K., Tanaka M., Hirayama A., Kitayama S., Nakahata T., Saito MK.
  • Organizer: The International Society for Stem Cell Research (ISSCR) Annual meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多能性幹細胞による細胞分化・疾患モデリングにおけるオミクス解析の立場と現状 (2017)
  • Author(s): 佐伯憲和
  • Organizer: NGS現場の会
• [Presentation] Multi-omics analysis for elucidating the potential role of intracellular bioenergetic and gene expression network on controlling the fate of hematopoietic progenitors using patient-specific iPS cells (2016)
  • Author(s): Saiki N., Oshima K., Hirayama A., Soga T., Tomita M., Nakahata T., Saito MK
  • Organizer: The International Society for Stem Cell Research (ISSCR) Annual meeting 2016
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-omics analysis for elucidating the potential role of intracellular bioenergetic and gene expression network on controlling the fate of hematopoietic progenitors using patient-specific iPS cells (2016)
  • Author(s): Saiki N., Oshima K., Hirayama A., Soga T., Tomita M., Nakahata T., Saito MK.
  • Organizer: ISSCR Annual Meeting 2016
  • Place of Presentation: San Francisco, California, USA
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pluripotent stem cell models of reticular dysgenesis as a tool for elucidating the potential role of intracellular bioenergetic systems on controlling the fate of hematopoietic progenitors (2015)
  • Author(s): Saiki N., Oshima K., Hirayama A., Soga T., Tomita M., Nakahata T., Saito MK.
  • Organizer: ISEH 44th Annual Scientific Meeting
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-09-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The contribution of metabolites of the TCA cycle to maintenance of pluripotent stem cell (2015)
  • Author(s): Saiki N., Okazaki H., Hirayama A., Soga T., Tomita M., Nakahata T., Saito MK.
  • Organizer: ISSCR Annual Meeting 2015
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 2015-06-24
  • Int'l Joint Research