メカノトランスダクションによる心筋リプログラミングの効率化と分子機序の解明

• Project/Area Number: 17J06637
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Pharmacology in pharmacy
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 黒津 祥太 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: メカノトランスダクション / 心筋リプログラミング

Outline of Annual Research Achievements

線維芽細胞を心筋細胞に直接分化転換する心筋リプログラミングは、心不全などの新たな治療法として期待されている。しかし心筋リプログラミングを臨床応用するためにはさらなる効率改善と分子機序の解明が必要である。私は心臓発生において重要な生体内のメカニカルストレスを応用すれば、心筋リプログラミングを促進できるのではないかと考えた。
まず生体内組織の硬さによるメカニカルストレスを培養皿上に再現するために、アクリルアミドゲルに6-アクリルアミドヘキサン酸（ACA）を加え、様々な硬さのACAゲルを開発した。このACAゲル上で心筋リプログラミングを行った結果、足場の柔らかさ依存的に心筋マーカーの発現や拍動する心筋細胞数が増加し、心筋の硬さである8 kPaにおいて最も効率が改善されることがわかった。
次に分子機序を解明するために、柔らかいACAゲル上で誘導した心筋細胞と硬いACAゲル上で誘導した心筋細胞の網羅的な遺伝子発現を比較した。その結果、柔らかいACAゲル上で誘導した心筋細胞では心臓関連遺伝子が上昇し、細胞増殖や遊走などの線維芽細胞関連遺伝子が低下することがわかった。細胞は硬い足場に接着するとROCK-ミオシン-YAP/TAZシグナルを介して細胞増殖や遊走を促進する。そこで、YAP/TAZに対するshRNAを用いて、硬いACAゲル上でYAP/TAZを抑制し心筋リプログラミングを行った。その結果、心筋マーカーの発現や拍動する心筋細胞数が増加し、心筋リプログラミングが促進されることがわかった。またROCKとミオシンそれぞれの阻害剤を用いた場合も同様に、心筋リプログラミングが促進されることがわかった。以上の結果から、柔らかい足場上ではROCK-ミオシン-YAP/TAZシグナルが抑制されることで、線維芽細胞関連遺伝子の発現が抑制され、心筋リプログラミングが促進されるという新たな分子機序を解明した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Role of cyclooxygenase-2-mediated prostaglandin E2-prostaglandin E receptor 4 signaling in cardiac reprogramming (2019)
  • Author(s): Muraoka Naoto、Nara Kaori、Tamura Fumiya、Kojima Hidenori、Yamakawa Hiroyuki、Sadahiro Taketaro、Miyamoto Kazutaka、Isomi Mari、Haginiwa Sho、Tani Hidenori、Kurotsu Shota、Osakabe Rina、Torii Satoru、Shimizu Shigeomi、Okano Hideyuki、Sugimoto Yukihiko、Fukuda Keiichi、Ieda Masaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 674-674
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08626-y
  • NAID: 120007128245
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification. (2018)
  • Author(s): Sadahiro T, Isomi M, Muraoka N, Kojima H, Haginiwa S, Kurotsu S, Tamura F, Tani H, Tohyama S, Fujita J, Miyoshi H, Kawamura Y, Goshima N, Iwasaki YW, Murano K, Saito K, Oda M, Andersen P, Kwon C, Uosaki H, Nishizono H, Fukuda K, Ieda M
  • Journal Title: Cell stem cell Volume: 23(3) Issue: 3 Pages: 382-395
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.07.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct expression patterns of Flk1 and Flt1 in the coronary vascular system during development and after myocardial infarction (2018)
  • Author(s): Kurotsu Shota、Osakabe Rina、Isomi Mari、Tamura Fumiya、Sadahiro Taketaro、Muraoka Naoto、Kojima Hidenori、Haginiwa Sho、Tani Hidenori、Nara Kaori、Kubota Yoshiaki、Ema Masatsugu、Fukuda Keiichi、Suzuki Takeshi、Ieda Masaki
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 495 Issue: 1 Pages: 884-891
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.11.094
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct Reprogramming, Epigenetics, and Cardiac Regeneration (2017)
  • Author(s): Kurotsu Shota、Suzuki Takeshi、Ieda Masaki
  • Journal Title: J Card Fail. Volume: 23 Issue: 7 Pages: 552-557
  • DOI: 10.1016/j.cardfail.2017.05.009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Matrix Stiffness Regulates Direct Cardiac Reprogramming via YAP/TAZ Signaling (2018)
  • Author(s): 黒津祥太、村岡直人、貞廣威太郎、礒見まり、萩庭頌、児島秀典、田村文弥、谷英典、奈良香織、鈴木岳之、家田真樹
  • Organizer: 第35回 国際心臓研究学会日本部会
• [Presentation] Stiffness of the Scaffold Regulates Direct Cardiac Reprogramming (2018)
  • Author(s): Kurotsu S, Muraoka N, Sadahiro T, Isomi M, Kojima H, Haginiwa S, Tani H, Tamura F, Nara K, Suzuki T, Fukuda K, Ieda M.
  • Organizer: American Heart Association Scientific Sessions 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanical Stresss Regulates Direct Cardiac Reprogramming (2018)
  • Author(s): Kurotsu S, Suzuki T, Ieda M.
  • Organizer: 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 心臓内血管発生・再生におけるVEGF受容体の発現と分子基盤の解明 (2018)
  • Author(s): 黒津祥太、刑部里奈、村岡直人、貞廣威太郎、礒見まり、萩庭頌、児島秀典、田村文弥、谷英典、奈良香織、鈴木岳之、家田真樹
  • Organizer: 第17回日本再生医療学会総会
• [Presentation] メカニカルストレスによる心筋リプログラミングの効率改善 (2017)
  • Author(s): 黒津祥太、鈴木岳之、家田真樹
  • Organizer: 第136回日本薬理学会関東部会
• [Book] Cutting Edge of Molecular Cardiology 新しい臨床を開拓するための分子循環器病学 (2019)
  • Author(s): 黒津祥太，家田真樹，佐野元昭，山本恒久，遠藤 仁，他
  • Total Pages: 210
  • Publisher: 南山堂
  • ISBN: 9784525249410