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Mechanisms of rigidity-dependent differentiation of mesenchymal stem cells

Research Project

Project/Area Number 21H02471
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 44010:Cell biology-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Mizuno Kensaku  東北大学, 生命科学研究科, 名誉教授 (70128396)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Keywords間葉系幹細胞 / 脂肪細胞分化 / アクチン骨格 / Rho / RhoGEF / 力覚応答 / Rho-GEF / 分化誘導 / 細胞骨格 / 分化
Outline of Research at the Start

細胞は外界の力学的環境に応答して、その形態、運動能、増殖・分化能を大きく変化させる。間葉系幹細胞(MSC)は、脂肪、神経、筋、骨などの細胞に分化する幹細胞であるが、接着する基質の硬さの違いによって、相応する硬さの組織の構成細胞に分化誘導される。このようなMSCの基質の硬さ依存的な分化誘導は、発生・再生過程において重要な役割を果たしていると考えられるが、MSCが力学的環境を感知し応答するしくみは不明である。本研究は、MSCの基質の硬さ依存的な分化誘導機構を解明することを目的とする。本研究は、幹細胞の分化誘導機構の解明だけでなく、関連疾患の病因解明にも寄与することが期待される。

Outline of Final Research Achievements

Our research aimed to elucidate the molecular mechanism of substrate stiffness-dependent differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) through actin cytoskeletal remodeling. RhoGEFs, activators of Rho small GTPases, contribute to each function of actin remodeling that has diversified during evolution in higher organisms. We comprehensively searched for the RhoGEFs that are involved in adipocyte differentiation of MSCs using RNA interference method, and identified 7 and 14 RhoGEFs as contributing to the promotion and suppression of adipocyte differentiation, respectively. Ten of the 14 RhoGEFs that inhibit adipocyte differentiation are RhoA-targeting GEFs, six of which were reported to be involved in mechanical stress responses. These results suggest that these RhoGEFs regulate MSC differentiation in a manner dependent on substrate stiffness.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、アクチン骨格の再構築を介して間葉系幹細胞(MSC)の脂肪細胞分化を促進及び抑制するRhoGEFを多数同定することに成功した。MSCは、成体から単離することが可能な多能性の幹細胞であり、再生医療の有望なシーズであるが、その分化誘導や未分化状態を維持して培養することが未だ困難である。今回の成果は、MSCが外部の力学的環境に応じて分化方向を決定する新たな分子機構の発見につながるとともに、MSCを効率良く任意の細胞へ分化させる方法や多分化能を維持して大量に培養する技術の開発につながることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Johns Hopkins University(米国)

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      Ninomiya Komaki、Ohta Kai、Kawasaki Ukyo、Chiba Shuhei、Inoue Takanari、Kuranaga Erina、Ohashi Kazumasa、Mizuno Kensaku
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell

      Volume: 35 Issue: 2 Pages: 2-2

    • DOI

      10.1091/mbc.e23-05-0154

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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    • Author(s)
      Kunitomi Aoi、Chiba Shuhei、Higashitani Nahoko、Higashitani Atsushi、Sato Shinichi、Mizuno Kensaku、Ohashi Kazumasa
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell

      Volume: 35 Issue: 6 Pages: 6-6

    • DOI

      10.1091/mbc.e23-11-0421

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      大橋一正、川崎右京、丸田陸、國富葵、千葉秀平、水野健作
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      國富葵、千葉秀平、東谷篤志、東谷なほ子、水野健作、大橋一正
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      第75回日本細胞生物学会大会
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      國富葵、千葉秀平、東谷篤志、東谷なほ子、水野健作、大橋一正
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      川崎右京、小松聖武、丸田陸、水野健作、大橋一正
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      Kunitomi A., Chiba S., Higashitani A., Higashitani N., Mizuno K., Ohashi K.
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      Cell Bio 2023- An ASCB|EMBO Meeting
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    • Author(s)
      田村 祥太郎、鈴木 充喜、二宮 小牧、水野 健作、大橋 一正
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    • Author(s)
      二宮 小牧、太田 海、大橋 一正、水野 健作
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      第45回日本分子生物学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of interaction between PDZ-RhoGEF and Solo, a RhoGEF involved in mechanoresponse2022

    • Author(s)
      國富 葵、佐藤 博紀、東谷 なほ子、東谷 篤志、水野 健作、大橋 一正
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞接着部位を介した力覚応答制御におけるRhoGEF, Solo の機能解析2021

    • Author(s)
      大橋 一正、磯崎 友亮、小野 菜摘、小松 聖武、國冨 葵、小廣 健太、鹿子嶋 克彦、水野 健作
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] PLEKHG4B による細胞間接着形成過程のアクチン骨格再構築メカニズム2021

    • Author(s)
      二宮 小牧、太田 海、水野 健作、大橋 一正
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 力覚応答機構に関与するRhoGEF, Soloの相互作用タンパク質の同定2021

    • Author(s)
      國富 葵、佐藤 博紀、東谷 なほ子、東谷 篤志、水野 健作、大橋 一正
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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