器官再生を目指した細胞リソースとしての人為的上皮細胞誘導技術の開発

• Project/Area Number: 20K20612
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 福本 敏 九州大学, 歯学研究院, 教授 (30264253)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉崎 恵悟 九州大学, 歯学研究院, 助教 (10507982) ; 犬塚 博之 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (20335863) ; 自見 英治郎 九州大学, 歯学研究院, 教授 (40276598) ; 阪井 丘芳 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (90379082) ; 山田 亜矢 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (40295085)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2020: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 器官形成 / 歯胚 / 歯原性上皮細胞 / 細胞転換 / 器官再生 / 歯 / 唾液腺 / 毛

Outline of Research at the Start

これまで再生技術は、胎児や成人組織に存在するわずかな幹細胞の利用、多能性細胞であるES細胞やiPS細胞の応用によるもであった。しかしながら、倫理的な側面や高コストであるなど問題も多く。また器官形成や臓器形成に関して、複雑な培養技術を用いる必要があり、さらには機能的な大型器官や臓器を作成する為に血管や神経構築が必要であることなど、具体的な課題は明確であるが、現時点で画期的な解決方法が存在しない。
そこで本研究では、器官再生に必要な上皮系細胞の人為的誘導法を開発し、低コストで簡便な器官再生技術開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、歯原性上皮細胞を人工誘導し、誘導した細胞を各種器官由来の間葉系細胞と相互作用させることで、目的の器官を誘導する技術を確立することを目的としている。これまで我々は歯原性上皮細胞の中でも、内エナメル上皮に関して特異的な遺伝子の同定を行ってきた。今回はS100タンパクファミリーの内、S100a6に着目し解析を進めた。S100a6の発現を抑制した歯原性上皮細胞では、皮膚上皮細胞に類似した遺伝子発現を示した。このことから内エナメル上皮の運命決定に重要な役割を演じていることを見出した。また中間層細胞や星状網細胞に発現する分子としてKrt15およびKrt17の発現と機能解析を進めてきた。Krt15は星状網細胞に発現が認められるとともに外エナメル上皮にも発現し、歯胚器官培養を用いた実験ではsiRNAにてKrt15の発現を抑制すると外エナメル上皮の細胞増殖を亢進させ、歯胚の形態異常を生じることを明らかにした。Krt17は中間層細胞や星状網細胞に発現し、siRNAにて発現抑制した細胞においては細胞増殖に変化は認めなかったものの、Notch1やNotch2などの中間層細胞マーカーの発現抑制が認められた。またヒト遺伝生疾患データベースを用いた解析から、Krt17の異常は先天歯を生じることから、Krt17は中間層の文化を制御し、適切な歯の萌出時期の決定に有効であることが明らかとなった。さらにこれまでの内エナメル上皮に特異的に発現する分子の機能解析から、人工的に同細胞を誘導する技術を開発し、人工誘導した上皮細胞から、歯、毛、唾液腺に器官形成をin vitroで誘導できる技術の開発に成功した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)
• [Int'l Joint Research] University of California San Francisco(米国)
• [Int'l Joint Research] 米国国立衛生研究所/ハーバード大学(米国)
• [Int'l Joint Research] 北京大学/四川大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 米国国立衛生研究所/カルフォルニア大学サンフランシスコ校(米国)
• [Int'l Joint Research] 四川大学/北京大学(中国)
• [Int'l Joint Research] ヘルシンキ大学(フィンランド)
• [Journal Article] S100a6 knockdown promotes the differentiation of dental epithelial cells toward the epidermal lineage instead of the odontogenic lineage. (2024)
  • Author(s): Otake S, Saito K, Chiba Y, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: FASEB J. Volume: 38(7) Issue: 7
  • DOI: 10.1096/fj.202302412rr
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of GPI-anchored protein LYPD1 as an essential factor for odontoblast differentiation in tooth development (2023)
  • Author(s): Fu Y, Miyazaki K, Chiba Y, Funada K, Yuta T, Tian T, Mizuta K, Kawahara J, Zhang L, Martin D, Iwamoto T, Takahashi I, Fukumoto S, Yoshizaki K.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 299(5) Issue: 5 Pages: 104638-104638
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mediator 1 ablation induces enamel-to-hair lineage conversion in mice through enhancer dynamics. (2023)
  • Author(s): Thaler R, Yoshizaki K, Nguyen T, Fukumoto S, Den Besten P, Bikle DD, Oda Y.
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 6(1) Issue: 1 Pages: 766-766
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05105-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a novel ex vivo organ culture system to improve preservation methods of regenerative tissues (2023)
  • Author(s): Yuta T, Tian T, Chiba Y, Miyazaki K, Funada K, Mizuta K, Fu Y, Kawahara J, Iwamoto T, Takahashi I, Fukumoto S, Yoshizaki K.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 13(1) Issue: 1 Pages: 3354-3354
  • DOI: 10.1038/s41598-023-29629-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enamel defects of Axenfeld‐Rieger syndrome and the role of PITX2 in its pathogenesis (2022)
  • Author(s): Yang Yi、Zhu Junxia、Chiba Yuta、Fukumoto Satoshi、Qin Man、Wang Xin
  • Journal Title: Oral Diseases Volume: in press Issue: 8 Pages: 3654-3664
  • DOI: 10.1111/odi.14315
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GSK3beta inhibitor-induced dental mesenchymal stem cells regulate ameloblast differentiation (2022)
  • Author(s): Yamada Aya、Yoshizaki Keigo、Saito Kan、Ishikawa Masaki、Chiba Yuta、Hoshikawa Seira、Chiba Mitsuki、Hino Ryoko、Maruya Yuriko、Sato Hiroshi、Masuda Keiji、Yamaza Haruyoshi、Nakamura Takashi、Iwamoto Tsutomu、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Journal of Oral Biosciences Volume: 64 Issue: 4 Pages: 400-409
  • DOI: 10.1016/j.job.2022.10.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The tooth-specific basic-helix-loop-helix factor AmeloD promotes differentiation of ameloblasts (2022)
  • Author(s): Jia L, Chiba Y, Saito K, Yoshizaki K, Tian T, Han X, Mizuta K, Chiba M, Wang X, Al Thamin S, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 237(2) Issue: 2 Pages: 1597-1606
  • DOI: 10.1002/jcp.30639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] von Willebrand factor D and EGF domains regulate ameloblast differentiation and enamel formation. (2022)
  • Author(s): Iwata K, Kawarabayashi K, Yoshizaki K, Tian T, Saito K, Sugimoto A, Kurogoushi R, Yamada A, Yamamoto A, Kudo Y, Ishimaru N, Fukumoto S, Iwamoto T.
  • Journal Title: J Cell Physiol. Volume: 237 Issue: 3 Pages: 1964-1979
  • DOI: 10.1002/jcp.30667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcriptional regulation of the basic helix-loop-helix factor AmeloD during tooth development (2021)
  • Author(s): Al Thamin S, Chiba Y, Yoshizaki K, Tian T, Jia L, Wang X, Saito K, Li J, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 236(11) Issue: 11 Pages: 7533-7543
  • DOI: 10.1002/jcp.30389
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Connexin 43-mediated gap junction communication regulates ameloblast differentiation via ERK1/2 phosphorylation (2021)
  • Author(s): Yamada A, Yoshizaki K, Ishikawa M, Saito K, Chiba Y, Fukumoto E, Hoshikawa S, Chiba M, Nakamura T, Iwamoto T, Fukumoto S.
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 12 Pages: 748574-748574
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.748574
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interplay between protein acetylation and ubiquitination controls MCL1 protein stability (2021)
  • Author(s): Shimizu Kouhei、Gi Min、Suzuki Shugo、North Brian J.、Watahiki Asami、Fukumoto Satoshi、Asara John M.、Tokunaga Fuminori、Wei Wenyi、Inuzuka Hiroyuki
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 37 Issue: 6 Pages: 109988-109988
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109988
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dental Pulp-Derived Mesenchymal Stem Cells for Modeling Genetic Disorders (2021)
  • Author(s): Keiji Masuda, Xu Han, Hiroki Kato, Hiroshi Sato, Yu Zhang, Xiao Sun, Yuta Hirofuji, Haruyoshi Yamaza, Aya Yamada, Satoshi Fukumoto
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 22 Issue: 5 Pages: 00-00
  • DOI: 10.3390/ijms22052269
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcriptional Regulation of Dental Epithelial Cell Fate (2020)
  • Author(s): Yoshizaki K, Fukumoto S, Bikle DD, Oda Y.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 21 Issue: 23 Pages: 8952-8952
  • DOI: 10.3390/ijms21238952
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sox21 Regulates Anapc10 Expression and Determines the Fate of Ectodermal Organ (2020)
  • Author(s): Saito K, Michon F, Yamada A, Inuzuka H, Yamaguchi S, Fukumoto E, Yoshizaki K, Nakamura T, Arakaki M, Chiba Y, Ishikawa M, Okano H, Thesleff I, Fukumoto S.
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 7 Pages: 101329-101329
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101329
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-Cell RNA-Sequencing From Mouse Incisor Reveals Dental Epithelial Cell-Type Specific Genes (2020)
  • Author(s): Chiba Y, Saito K, Martin D, Boger ET, Rhodes C, Yoshizaki K, Nakamura T, Yamada A, Morell RJ, Yamada Y, Fukumoto S.
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol Volume: 8 Pages: 841-841
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00841
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mouse embryonic tooth germ dissection and ex vivo culture protocol. (2020)
  • Author(s): Han X, Yoshizaki K, Tian T, Miyazaki K, Takahashi I, Fukumoto S.
  • Journal Title: Bio-protocol Volume: 10 Issue: 3
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3515
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research