Generation and application of hPSC-derived bone organoids based on the human skeletal development
| Project/Area Number |
21J12970
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
谷 彰一郎 東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | ヒト多能性幹細胞 / 骨発生 / 軟骨内骨化 / シングルセル解析 / 遺伝子制御ネットワーク / ZEB2 / 内軟骨性骨化 / １細胞解析 / 遺伝子発現制御機構 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒトの骨系統疾患の病態を解明したり新規治療法を開発するためには、ヒトの骨格形成過程を詳細に理解することが不可欠である。そこで、あらゆる細胞へ分化可能な多能性幹細胞を用いて、ヒトの骨形成過程や骨組織そのものを再現することを目指している。我々はヒト多能性幹細胞から骨格前駆細胞を誘導し、マウス体内へ移植することでヒトの骨発生が模倣されることを見出した。そこで、得られた組織を細胞一つ一つのレベルで詳細に解析し、ヒトの骨形成に関与する因子の探索を行っている。骨組織形成を培養皿上でも再現することを目標に、血管細胞など骨発生に重要である細胞との相互作用を追加することで骨組織を再現できないか検証予定である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒト多能性幹細胞を骨格の起源細胞の一つである沿軸中胚葉（椎板細胞）へ分化させたのちに免疫不全マウス腎皮膜下へ移植することでヒト細胞によって構成される骨組織を作出し、シングルセル解析を実施した。シングルセルRNA-seqに加えてATAC-seqも加えた、シングルセルMultiome解析による結果をさらに検証し、ヒトの骨発生における骨格細胞の遺伝子制御ネットワークについて検討した。各細胞種には独自ないしは共通する転写因子群が活性化していることが明らかとなり、細胞の運命決定や分化、機能維持において様々な転写因子が協調して機能していることが示唆された。一方でこの手法の場合、検出できる転写因子の数に限度があったことから、RNA velocity解析と細胞種特異的な発現遺伝子の組み合わせによって全ての転写因子の中から骨芽細胞分化に重要な因子の抽出を試み、神経や悪性腫瘍の領域では機能がよく知られているものの、骨組織における機能が明らかでなかったZEB2を同定した。ZEB2は骨領域において骨芽細胞のマスターレギュレーターであるRUNX2やSP7と共発現し、shRNAを用いたノックダウンをヒト間葉系幹細胞に行うと、骨芽細胞分化に重要な遺伝子群の発現が低下した。加えて、骨芽細胞特異的にZEB2を欠失させるノックアウトマウスを作出したところ、胎児期ないしは新生児期において骨格の低形成が特に頭顔面部（沿軸中胚葉および神経堤由来）において顕著であることが確認された。これらの結果は、ZEB2が骨発生過程において複数の転写因子群を制御する転写制御ネットワークの一端であることを示唆していると考えられた。以上の内容を国際・国内学会で報告するとともに、国際学術誌であるCell Reportsへ投稿・掲載した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Stem cell-based modeling and single-cell multiomics reveal gene-regulatory mechanisms underlying human skeletal development2023
Author(s)
Tani Shoichiro, Okada Hiroyuki, Onodera Shoko, Chijimatsu Ryota, Seki Masahide, Suzuki Yutaka, Xin Xiaonan, Rowe David W., Saito Taku, Tanaka Sakae, Chung Ung-il, Ohba Shinsuke, Hojo Hironori
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 42
Issue: 4
Pages: 112276-112276
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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