転写因子GATA-2を介した造血幹細胞と造血微小環境の機能的連関の解明

• Project/Area Number: 21K08385
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54010:Hematology and medical oncology-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 藤原 亨 東北大学, 大学病院, 講師 (60333796)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: GATA-2 / 造血微小環境 / 造血幹細胞

Outline of Research at the Start

造血不全症の代表疾患の一つである再生不良性貧血は、骨髄の造血幹細胞の減少と脂肪髄を特徴とする難治性疾患の一つである。これまでに申請者らのグループは、造血幹細胞と造血幹細胞を支持する造血微小環境を構成する間葉系幹細胞の両者における転写因子GATA-2の発現低下が、造血細胞の減少と脂肪髄という二つの異常形質と深く関わることを見出してきた。さらに間葉系幹細胞におけるGATA-2の発現低下により造血支持能が低下する点も明らかとした。しかしながら、造血幹細胞の質的異常が造血微小環境に与える影響については不明である。本研究ではこの点を明らかとすることを目的とした。

Outline of Annual Research Achievements

造血不全症の代表疾患の一つである再生不良性貧血は、骨髄の造血幹細胞の減少と脂肪髄を特徴とする難治性疾患の一つである。これまでに申請者らのグループは、造血幹細胞と造血微小環境を構成する間葉系幹細胞の両者における転写因子GATA-2の発現低下が、造血細胞の減少と脂肪髄という二つの異常形質と深く関わることを見出してきた。しかしながら、造血幹細胞の質的異常が造血微小環境に与える影響については不明である。
本研究においては、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトする方法として、Cre-loxPシステムを用いる。まずGATA2f/fマウスと，Rosa26領域にエストロゲンレセプターとCre融合蛋白をコードする配列が導入されたER-Creマウスを交配することにより，タモキシフェン投与にてGATA2がノックアウトされる条件付きノックアウトマウスを作製した。GATA2f/f/ER-Creマウスにタモキシフェンを腹腔内投与した後、GATA2のノックアウト効率を定性PCRによるゲノムDNAの組み換え
や定量PCRによるmRNAの発現量にて確認した。同マウスの骨髄を評価したところ、Gata2ノックアウトマウスにおいては骨髄造血細胞の著明な減少を認めた。しかし、本マウスはGata2を発現するすべての細胞においてGata2をノックアウトするため、マウス造血幹細胞において高発現していると考えられている、Fgd5遺伝子のプロモーター領域の制御下にCreを発現させるマウスを用いて、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトさせるマウス（Fgd5-Cre-ER;Gata2flox/floxマウス）の確立を試みた。しかしながら、マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しており、Fgd5-CreとGata2floxを1つの染色体座に同時に発現させる点で苦慮している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

GATA2f/f/ER-Creマウスにタモキシフェンを腹腔内投与した後、同マウスの骨髄を評価したところ、Gata2ノックアウトマウスにおいては骨髄造血細胞の著明な減少を確認できたが、次のステップである、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトさせるマウス（Fgd5-Cre-ER; Gata2flox/floxマウス）の確立に関しては、マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しており、Fgd5-CreとGata2floxを1つの染色体座に同時に発現させる点で苦慮している。また研究計画で記載したMds1-Creマウスは、提供者からの事情によりJackson Laboratoryから入手不能となってしまった。

Strategy for Future Research Activity

マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しているものの、ある確率で組み換えが起こり同一染色体上に2つの遺伝子座が存在することもありうるため、交配を継続している状況である。またマウスの系の樹立が難しい場合は、ヒト臍帯血由来造血幹細胞の研究も検討する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Heme-dependent induction of mitophagy program during differentiation of murine erythroid cells (2023)
  • Author(s): Ikeda Masatoshi、Kato Hiroki、Shima Hiroki、Matsumoto Mitsuyo、Furukawa Eijiro、Yan Yan、Liao Ruiqi、Xu Jian、Muto Akihiko、Fujiwara Tohru、Harigae Hideo、Bresnick Emery H.、Igarashi Kazuhiko
  • Journal Title: Experimental Hematology Volume: 118 Pages: 21-30
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2022.11.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elucidation of the Role of FAM210B in Mitochondrial Metabolism and Erythropoiesis (2022)
  • Author(s): Suzuki Chie、Fujiwara Tohru、Shima Hiroki、Ono Koya、Saito Kei、Kato Hiroki、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Nakamura Yukio、Igarashi Kazuhiko、Harigae Hideo
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology Volume: 42 Issue: 12
  • DOI: 10.1128/mcb.00143-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HSPA9 frameshift and loss‐of‐function mutations in a patient manifesting syndromic sideroblastic anemia and congenital anomalies (2022)
  • Author(s): Watanabe Atsuko、Fujiwara Tohru、Ohta Atsuhiko、Shimizu Yuki、Tanaka Ryuhei
  • Journal Title: Pediatric Blood & Cancer Volume: 70 Issue: 3
  • DOI: 10.1002/pbc.29971
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring the mechanistic link between SF3B1 mutation and ring sideroblast formation in myelodysplastic syndrome (2022)
  • Author(s): Ochi Tetsuro、Fujiwara Tohru、Ono Koya、Suzuki Chie、Nikaido Maika、Inoue Daichi、Kato Hiroki、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Nakamura Yukio、Harigae Hideo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 14562-14562
  • DOI: 10.1038/s41598-022-18921-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Congenital sideroblastic anemia model due to ALAS2 mutation is susceptible to ferroptosis (2022)
  • Author(s): Ono Koya、Fujiwara Tohru、Saito Kei、Nishizawa Hironari、Takahashi Noriyuki、Suzuki Chie、Ochi Tetsuro、Kato Hiroki、Ishii Yusho、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Yamada Rie、Nakamura Yukio、Igarashi Kazuhiko、Harigae Hideo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 9024-9024
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12940-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unrelated cord blood transplantation for adult-onset EBV-associated T-cell and NK-cell lymphoproliferative disorders (2022)
  • Author(s): Onishi Yasushi、Onodera Koichi、Fukuhara Noriko、Kato Hiroki、Ichikawa Satoshi、Fujiwara Tohru、Yokoyama Hisayuki、Yamada-Fujiwara Minami、Harigae Hideo
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: - Issue: 6 Pages: 873-881
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03313-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Salvage Cord Blood Transplantation for Sustained Remission of Acute Megakaryoblastic Leukemia That Relapsed Early after Myeloablative Transplantation (2021)
  • Author(s): Ichikawa Satoshi、Fujiwara Tohru、Saito Kei、Sakurai Kazuki、Inokura Kyoko、Fukuhara Noriko、Yokoyama Hisayuki、Onodera Koichi、Onishi Yasushi、Kameoka Junichi、Harigae Hideo
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: 60 Issue: 18 Pages: 3015-3019
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.6796-20
  • NAID: 130008088286
  • ISSN: 0918-2918, 1349-7235
  • Year and Date: 2021-09-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Targeting stanniocalcin‐1‐expressing tumor cells elicits efficient antitumor effects in a mouse model of human lung cancer (2021)
  • Author(s): Abe Kotaro、Kanehira Masahiko、Ohkouchi Shinya、Kumata Sakiko、Suzuki Yamato、Oishi Hisashi、Noda Masafumi、Sakurada Akira、Miyauchi Eisaku、Fujiwara Tohru、Harigae Hideo、Okada Yoshinori
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 10 Issue: 9 Pages: 3085-3100
  • DOI: 10.1002/cam4.3852
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Impact of FECH deficiency on ring sideroblast formation in erythroblasts (2022)
  • Author(s): Nikaido M, Fujiwara T, Suzuki C, Ono K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H
  • Organizer: 第84回日本血液学会
• [Presentation] Exploring the mechanistic link between SF3B1 mutation and ring sideroblast formation in MDS (2022)
  • Author(s): Ochi T, Fujiwara T, Ono K, Suzuki C, Inoue D, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H
  • Organizer: 第84回日本血液学会
• [Presentation] Integration of erythroid differentiation and autophagy by iron-heme metabolism (2022)
  • Author(s): Igarashi K, Kato H, Ikeda M, Fujiwara T, Harigae H
  • Organizer: 第84回日本血液学会
  • Invited
• [Presentation] Altered transcription by GATA1 impairs autophagy and prevents ferroptosis in X-linked sideroblastic anemia (2022)
  • Author(s): Ono K, Fujiwara T, Shima H, Suzuki C, Takahashi N, Nishizawa H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Hisayuki Y, Fujimaki S, Nakamura Y, Igarashi K, Harigae H
  • Organizer: 第64回米国血液学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inhibition of S-Adenosylmethionine synthesis promotes erythropoiesis via epigenetic modifications. (2021)
  • Author(s): Kato H, Long NC, Ishii Y, Matsumoto M, Rhee C, Saigusa D, Funayama R, Okae H, Fujiwara T, Muto A, Harigae H, Scadden DT, Igarashi K.
  • Organizer: 第63回米国血液学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Monitoring CAR-T cells using flow cytometry: A feasibility study. (2021)
  • Author(s): Fujiwara T, Onishi Y, Niizuma H, Okubo N, Sugawara S, Moriya K, Ichikawa S, Irie M, Fukuhara N, Yokoyama H, Fujiwara M, Fujimaki S, Sasahara Y, Harigae H.
  • Organizer: 第12回日本血液学会国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FOG1-dependent transcriptional network involves glucose metabolic regulation of erythroid cells. (2021)
  • Author(s): Fujiwara T, Suzuki C, Ono K, Saito K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Harigae H.
  • Organizer: 第83回日本血液学会
• [Presentation] Elucidation of the role of FAM210B in mitochondrial metabolism in erythroblasts. (2021)
  • Author(s): Suzuki C, Fujiwara T, Shima H, Ono K, Saito K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H.
  • Organizer: 第83回日本血液学会
• [Presentation] Cellular models of X-linked sideroblastic anemia based on immortalized human erythroid progenitors. (2021)
  • Author(s): Ono K, Fujiwara T, Saito K, Suzuki C, Takahashi N, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H.
  • Organizer: 第83回日本血液学会
• [Presentation] Methionine metabolism controls erythropoiesis by epigenetic regulation. (2021)
  • Author(s): Kato H, Long NC, Ishii Y, Matsumoto M, Mitsueda D, Funayama R, Okae H, Fujiwara T, Muto A, Nakayama K, Arima T, Scadden D, Igarashi K, Harigae H.
  • Organizer: 第83回日本血液学会