Epigenomic analysis of articular cartilage superficial zone cells
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21K09845
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 57020:Oral pathobiological science-related
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
安原 理佳 昭和大学, 歯学部, 講師 (20453649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 準一 昭和大学, 歯学部, 講師 (40710166)
美島 健二 昭和大学, 歯学部, 教授 (50275343)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 骨格形成 / 軟骨 / エピジェネティクス / 幹/前駆細胞 / 亜鉛トランスポーター / 関節表層細胞 / 骨格成長 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題は、亜鉛の幹細胞に対する作用に着目し、関節表層に存在する組織幹細胞のエピジェネティック制御機構を解明することで、生体内での効率的な硝子軟骨の再生を目指す。近年、エピジェネティクスによる遺伝子発現制御が細胞の厳格な運命づけに重要であり、エピゲノムの解明が疾患制御の要であると考えられていることからCRISPR/Cas9を応用したゲノム編集法を用いることで特定領域の化学修飾を操作する。関節前駆細胞を活かし、再生困難とされる硝子軟骨へ誘導しようとする本研究成果はゲノム編集技術を応用した副作用の少ない新たな遺伝子治療への基盤研究となる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、関節軟骨障害の修復起点としての関節表層細胞に着目した軟骨分化機構の解明を目的とした。中でも、遺伝子発現制御を担うDNAメチル化やヒストンの化学修飾変化が細胞の記憶とその機能発現に重要であることから、特に細胞内外の亜鉛濃度の変化によるエピジェネティクスな制御による骨格変化を解析した。亜鉛トランスポータZIP10欠損マウスを用いて細胞内外の亜鉛濃度の変化にともなう骨格解析を行ってきた。ZIP10欠損マウスは、四肢短縮に加え全身の骨格障害を生じ、ZIP10を欠損した骨芽細胞は骨化能が低下した。関節の成長板の軟骨細胞の不規則な配列と骨化の促進がみられ、軟骨分化異常が生じていると考えられた。表層細胞は、軟骨細胞へ誘導可能な前駆細胞様の性質を保持しており、RNA-sequence法を用いた網羅的発現解析から、骨代謝調節の異常と細胞の生死、エキソソームなどの細胞外vesicleを制御していた。表層細胞が保持する幹細胞や前駆細胞といった未分化な状態の細胞は、環境因子の影響を受け分化が進行することか ら、細胞内外の亜鉛濃度の変化は幹細胞や前駆細胞の細胞環境に大きく影響し、DNAのメチル化や転写因子の結合配列の化学修飾などエピジェネティクスな制御が働くことで細胞分化異常を生じると予想された。今後は、Zip10の発現制御下での軟骨分化過程におけるDNAやヒストンの化学修飾変化を検討し骨代謝調節因子を制御する候補因子のDNAをターゲットとしたCRISPR/Cas9 を用いた脱メチル化システムを構築する予定である。クロマチンレベルのエピゲノム解析には、scATAC-seqが有効であり、シングルセルレベルでの遺伝子発現制御についても解析を進めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
Zip10CreER- Rainbow マウスを作製し、タモキシフェン投与することでZip10 陽性細胞を標識し、標識細胞のクローンを組織学的に解析する予定であったが、 Creマウスの発現の変動が大きく、樹立した別の相同組換えクローンを用いて作製を進めてきた。これらのマウスから細胞を採取してin vitroの実験にシフトしていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
軟骨分化に対する3次元培養系を用いて、表層細胞から軟骨分化過程におけるDNAやヒストンの化学修飾変化をZip10の発現制御下で解析する予定である。軟骨分化におけるH3K27me3による転写抑制レベルやそれをとりまくポリコム蛋白複合体の変化について解析を進めていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Human induced pluripotent stem cell-derived salivary gland organoids model SARS-CoV-2 infection and replication.2022
Author(s)
Junichi Tanaka, Hidenobu Senpuku, Miho Ogawa, Rika Yasuhara, Shintaro Ohnuma, Koki Takamatsu, Takashi Watanabe, Yo Mabuchi, Shiro Nakamura, Shoko Ishida, Tomohiko Sadaoka, Takashi Takaki, Tatsuo Shirota, Toshikazu Shimane, Tomio Inoue, Takayoshi Sakai, Munemasa Mori, Takashi Tsuji, Ichiro Saito, Kenji Mishima
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Journal Title
Nat Cell Biol.
Volume: 24(11)
Issue: 11
Pages: 1595-1605
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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