Study on the stem cell homeostasis attenuated by cellular senescence in human mesenchymal stem cells

• Project/Area Number: 21K12766
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90140:Medical technology assessment-related
• Research Institution: National Institute of Health Sciences
• Principal Investigator: 三浦 巧 国立医薬品食品衛生研究所, 再生・細胞医療製品部, 室長 (60405355)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 間葉系幹細胞 / 再生医療 / 細胞老化 / stemness / レギュラトリーサイエンス

Outline of Research at the Start

ヒト間葉系幹細胞（ヒトMSC：human Mesenchymal Stem Cell）は、既に様々な疾患の治療のために使用されている有用な細胞であるにも関わらず、その分子的な実態はよく理解されていない。本研究では、ヒトMSCの細胞寿命および老化機構を解析することに主眼を置き、細胞老化に伴って破綻する幹細胞恒常性（stemness）の維持機構を明らかにすることを目指す。即ち、本研究の成果は、ヒトMSCの最適な培養環境を整備することに繋がり、将来的には再生医療でニーズが高まる高品質なヒトMSCの大量生産および安定供給などの製造基盤技術の構築にも貢献するものである。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、これまでの成果を基に、増殖能の違いによってヒトMSCの細胞株を分類し、それぞれの細胞株が老化した時点における細胞特性と、RNA-Seq解析などの網羅的遺伝子発現解析によって得られた経時的な遺伝子発現プロファイリング結果とを比較し、ヒトMSCの細胞老化を規定する標的遺伝子群の発現変動を確認することを目的とした。培養初期（P3）と後期（P9）における遺伝子発現差（DEGs）に基づいてGene Ontology（GO）解析を実施した結果、培養早期に増殖能が低下するヒトMSCの細胞株（Low proliferative MSC）においては、「fat cell differentiation」、「embryonic organ development」、「regulation of cell population proliferation」など、分化・発生、及び、細胞増殖に関わるGO-term関連遺伝子の発現が優位に減少していることが示唆された。この結果から、Low proliferative MSCにおいては、ヒトMSCの増殖能の低下に伴い、その分化能も低下すると考えられた。一方、P9においても増殖能が維持されたヒトMSC株（High proliferative MSC）においては、GO解析の結果から、「oncogene-induced cell senescence」、「senescence-associated heterochromatin focus assembly」などの細胞老化に関連する遺伝子群の発現が有意に上昇していることが判明した。以上の結果より、細胞老化関連の遺伝子の上昇が認められるものの、培養後期においても増殖能が維持されていることから、High proliferative MSCは老化状態に陥るのを防ぐ機構も同時に機能していることが示唆された。。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定どおり、ヒトMSC株の培養期ごとの遺伝子発現レベルを網羅的に比較するために、RNA-seq解析を実施し、培養初期の細胞および培養後期の細胞（老化細胞）における幹細胞としての恒常性の違いを検証するためのデータの取得が順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

昨年度に得られたRNA-seq解析の詳細なデータ分析を進めるとともに、単一細胞遺伝子発現解析も実施することにより、継続的な培養過程（細胞老化）で消失した幹細胞恒常性と相関する細胞集団画分の特定、及び、その細胞集団画分における特徴的な遺伝子の同定を目指し、本研究における網羅的遺伝子解析の更なる精度向上を図る。

Research Products

• [Journal Article] ヒト細胞加工製品の品質管理の今とこれから (2022)
  • Author(s): 三浦巧, 佐藤陽治
  • Journal Title: PHARM STAGE Volume: 21 Pages: 1-3
  • NAID: 40022791132
• [Presentation] 単一細胞遺伝子発現解析による間葉系幹細胞の血管新生能予測バイオマーカーの探索 (2023)
  • Author(s): 三浦巧, 河野掌, 高野慈美, 黒田拓也, 山本由美子, 草川森士, 森岡勝樹, 菅原亨, 平井孝昌, 安田智, 澤田留美, 松山さと子, 川路英哉, 粕川雄也, 伊藤昌可, Jay W Shin, 梅澤明弘, 河合純, 佐藤陽治.
  • Organizer: 第22回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 間葉系幹細胞の薬理効果に寄与するバイオマーカーの効率的な同定法の開発 (2022)
  • Author(s): 三浦巧, 河野掌, 高野慈美, 黒田拓也, 山本由美子, 草川森士, 森岡勝樹, 菅原亨, 平井孝昌, 安田智, 澤田留美, 松山さと子, 川路英哉, 粕川雄也, 伊藤昌可, Jay W Shin, 梅澤明弘, 河合純, 佐藤陽治.
  • Organizer: 日本再生医療学会第2回科学シンポジウム
• [Presentation] シングルセルRNA-Seq解析によるヒト間葉系幹細胞の特性解析 (2022)
  • Author(s): 三浦巧, 河野掌, 高野慈美, 黒田拓也, 山本由美子, 草川森士, 森岡勝樹, 菅原亨, 安田智, 澤田留美, 松山さと子, 川路英哉, 粕川雄也, 伊藤昌可, 梅澤明弘, 河合純, 佐藤陽治.
  • Organizer: 第21回日本再生医療学会総会