トポロジー変換がもたらす頂底極性決定に伴う上皮分化メカニズムの解明

• Project/Area Number: 21K19610
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 吉崎 恵悟 九州大学, 歯学研究院, 助教 (10507982)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 上皮細胞 / 極性 / 分化

Outline of Research at the Start

皮膚などの一般的な上皮組織では、上皮と間葉を隔てる基底膜側に基底側が形成されることから、基底膜が基底側を決定している可能性が考えられるが、歯原性上皮細胞においては、基底膜消失後、頂端側が基底膜側に形成されるという逆転現象が認められる。この結果は、基底膜が消えるという刺激が頂底極性決定に寄与している可能性を示す。本研究では、歯をモデルとした頂底極性決定機構の解析を通して、上皮細胞の極性化機構の解明および極性化因子の同定を図る。

Outline of Annual Research Achievements

歯は上皮-間葉相互作用により形態形成が行われる器官であり、器官の形態形成機構を解析する上で、重要なツールであると考えられる。歯原性上皮細胞はエナメル芽細胞へ分化する過程で、その形態を大きく変化させる細胞であり、細胞の形態変化が分化に影響を与えている可能性が考えられる。これまでの研究で、 歯原性上皮細胞の極性決定に重要と思われる候補因子の同定に成功し、候補因子による極性化機構の機能解析を行った。
歯原性上皮細胞の多層化モデルを用いて、分化に伴う形態変化と多層化を可視化することで、細胞極性化に重要と思われる遺伝子群のスクリーニングを行った。さらに、CRISPR/Cas9システムを用いることで、遺伝子欠損細胞株および本遺伝子のN末端にGFP遺伝子のノックインを行い、分子動態をリアルタイムに解析するためのツールを開発した。本ツールを用いることで、極性化因子として知られるZo-1遺伝子を欠損させると、本遺伝子は細胞内へとその局在を移行し、遺伝子発現調節を行っている可能性が示唆された。そこで、本因子が細胞膜へ局在している状態と核内へ移行している状態を誘導し、ChIP-seq法を用いて転写調節部位に直接結合している可能性を網羅的に解析した。さらに、ATAC-seq法を用いて、クロマチン構造の網羅的な解析を行った。
本研究成果は、歯の上皮細胞をモデルとして、細胞極性化に伴う分化機構の可能性を示すものであり、これまで明らかにされていなかった、新たな分化制御機構の発見につながる可能性が考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Mediator 1 ablation induces enamel-to-hair lineage conversion in mice through enhancer dynamics. (2023)
  • Author(s): Thaler R, Yoshizaki K, Nguyen T, Fukumoto S, Den Besten P, Bikle DD, Oda Y.
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 6(1) Issue: 1 Pages: 766-766
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05105-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arl4c is involved in tooth germ development through osteoblastic/ameloblastic differentiation (2023)
  • Author(s): Truong Thinh Thi Kim、Fujii Shinsuke、Nagano Ryoko、Hasegawa Kana、Kokura Megumi、Chiba Yuta、Yoshizaki Keigo、Fukumoto Satoshi、Kiyoshima Tamotsu
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 679 Pages: 167-174
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.09.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] C-terminus of PIEZO1 governs Ca2+ influx and intracellular ERK1/2 signaling pathway in mechanotransduction (2023)
  • Author(s): Sugimoto Asuna、Iwata Kokoro、Kurogoushi Rika、Tanaka Manami、Nakashima Yumiko、Yamakawa Yoshihito、Oishi Atsushi、Yoshizaki Keigo、Fukumoto Satoshi、Yamamoto Akihito、Ishimaru Naozumi、Iwamoto Tsutomu
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 682 Pages: 39-45
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.09.080
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Iroquois homeobox 3 regulates odontoblast proliferation and differentiation mediated by Wnt5a expression (2023)
  • Author(s): Narwidina A, Miyazaki A, Iwata K, Kurogoushi R, Sugimoto A, Kudo Y, Kawarabayashi K, Yamakawa Y, Akazawa Y, Kitamura T, Nakagawa H, Yamaguchi-Ueda K, Hasegawa T, Yoshizaki K, Fukumoto S, Yamamoto A, Ishimaru N, Iwasaki T, Iwamoto T.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 650 Pages: 47-54
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.02.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a novel ex vivo organ culture system to improve preservation methods of regenerative tissues (2023)
  • Author(s): Yuta T, Tian T, Chiba Y, Miyazaki K, Funada K, Mizuta K, Fu Y, Kawahara J, Iwamoto T, Takahashi I, Fukumoto S, Yoshizaki K.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 13(1) Issue: 1 Pages: 3354-3354
  • DOI: 10.1038/s41598-023-29629-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deficiency of G protein‐coupled receptor <i>Gpr111/Adgrf2</i> causes enamel hypomineralization in mice by alteration of the expression of kallikrein‐related peptidase 4 ( <i>Klk4</i> ) during <scp>pH</scp> cycling process (2023)
  • Author(s): Chiba Yuta、Yoshizaki Keigo、Sato Hiroshi、Ikeuchi Tomoko、Rhodes Craig、Chiba Mitsuki、Saito Kan、Nakamura Takashi、Iwamoto Tsutomu、Yamada Aya、Yamada Yoshihiko、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: The FASEB Journal Volume: 37 Issue: 4
  • DOI: 10.1096/fj.202202053r
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of GPI-anchored protein LYPD1 as an essential factor for odontoblast differentiation in tooth development (2023)
  • Author(s): Fu Y, Miyazaki K, Chiba Y, Funada K, Yuta T, Tian T, Mizuta K, Kawahara J, Zhang L, Martin D, Iwamoto T, Takahashi I, Fukumoto S, Yoshizaki K.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 299(5) Issue: 5 Pages: 104638-104638
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GSK3beta inhibitor-induced dental mesenchymal stem cells regulate ameloblast differentiation (2022)
  • Author(s): Yamada Aya、Yoshizaki Keigo、Saito Kan、Ishikawa Masaki、Chiba Yuta、Hoshikawa Seira、Chiba Mitsuki、Hino Ryoko、Maruya Yuriko、Sato Hiroshi、Masuda Keiji、Yamaza Haruyoshi、Nakamura Takashi、Iwamoto Tsutomu、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Journal of Oral Biosciences Volume: 64 Issue: 4 Pages: 400-409
  • DOI: 10.1016/j.job.2022.10.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] von Willebrand factor D and EGF domains regulate ameloblast differentiation and enamel formation. (2022)
  • Author(s): Iwata K, Kawarabayashi K, Yoshizaki K, Tian T, Saito K, Sugimoto A, Kurogoushi R, Yamada A, Yamamoto A, Kudo Y, Ishimaru N, Fukumoto S, Iwamoto T.
  • Journal Title: J Cell Physiol. Volume: 237 Issue: 3 Pages: 1964-1979
  • DOI: 10.1002/jcp.30667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deletion of epithelial cell-specific p130Cas impairs the maturation stage of amelogenesis (2022)
  • Author(s): Inoue Akane、Kiyoshima Tamotsu、Yoshizaki Keigo、Nakatomi Chihiro、Nakatomi Mitsushiro、Ohshima Hayato、Shin Masashi、Gao Jing、Tsuru Kanji、Okabe Koji、Nakamura Ichiro、Honda Hiroaki、Matsuda Miho、Takahashi Ichiro、Jimi Eijiro
  • Journal Title: Bone Volume: 154 Pages: 116210-116210
  • DOI: 10.1016/j.bone.2021.116210
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tooth-specific basic-helix-loop-helix factor AmeloD promotes differentiation of ameloblasts (2022)
  • Author(s): Jia L, Chiba Y, Saito K, Yoshizaki K, Tian T, Han X, Mizuta K, Chiba M, Wang X, Al Thamin S, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 237(2) Issue: 2 Pages: 1597-1606
  • DOI: 10.1002/jcp.30639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An ex vivo organ culture screening model revealed that low temperature conditions prevent side effects of anticancer drugs (2022)
  • Author(s): Tian Tian、Miyazaki Kanako、Chiba Yuta、Funada Keita、Yuta Tomomi、Mizuta Kanji、Fu Yao、Kawahara Jumpei、Han Xue、Ando Yuna、Funada Ami、Yamada Aya、Iwamoto Tsutomu、Nakamura Seiji、Takahashi Ichiro、Fukumoto Satoshi、Yoshizaki Keigo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3093-3093
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06945-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcriptional regulation of the basic helix-loop-helix factor AmeloD during tooth development (2021)
  • Author(s): Al Thamin S, Chiba Y, Yoshizaki K, Tian T, Jia L, Wang X, Saito K, Li J, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 236(11) Issue: 11 Pages: 7533-7543
  • DOI: 10.1002/jcp.30389
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Connexin 43-mediated gap junction communication regulates ameloblast differentiation via ERK1/2 phosphorylation (2021)
  • Author(s): Yamada A, Yoshizaki K, Ishikawa M, Saito K, Chiba Y, Fukumoto E, Hoshikawa S, Chiba M, Nakamura T, Iwamoto T, Fukumoto S.
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 12 Pages: 748574-748574
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.748574
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Integration of Single-Cell RNA- and CAGE-seq Reveals Tooth-Enriched Genes (2021)
  • Author(s): Chiba Y.、Yoshizaki K.、Tian T.、Miyazaki K.、Martin D.、Saito K.、Yamada A.、Fukumoto S.、Genomics and Computational Biology Core
  • Journal Title: Journal of Dental Research Volume: - Issue: 5 Pages: 002203452110497-002203452110497
  • DOI: 10.1177/00220345211049785
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] エナメル芽細胞極性化におけるp130Casの機能解析 (2023)
  • Author(s): 川原 純平, 吉崎 恵悟, 湯田 智美, 井上 茜, 宮崎 佳奈子, 田 甜, 自見 英治郎, 高橋 一郎
  • Organizer: 第65回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 温度依存性器官培養法を用いた組織長期保存スクリーニングモデルの検討 (2023)
  • Author(s): 湯田 智美, 吉崎 恵悟, 田 甜, 宮崎 佳奈子, 鮒田 啓太, 水田 敢士, 傅 堯, 川原 純平, 張 玲, 高橋 一郎
  • Organizer: 第65回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 基底膜分子NephronectinのRGD領域はインテグリンaVb6と結合することでエナメル芽細胞の分化を制御する (2023)
  • Author(s): 水田 敢士, 吉崎 恵悟, 湯田 智美, 宮崎 佳奈子, 鮒田 啓太, 田 甜, 傅 堯, 川原 純平, 張 玲, 高橋 一郎
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 歯胚器官培養法を用いた温度制御による組織長期保存スクリーニングモデルの確立 (2023)
  • Author(s): 湯田 智美, 吉崎 恵悟, 田 甜, 宮崎 佳奈子, 鮒田 啓太, 水田 敢士, 傅 堯, 川原 純平, 張 玲, 高橋 一郎
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 川原 純平, 吉崎 恵悟, 湯田 智美, 井上 茜, 宮崎 佳奈子, 田 甜, 韓 涛, 自見 英治郎, 高橋 一郎 (2023)
  • Author(s): p130Casはエナメル芽細胞分化過程において細胞極性を制御する
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] scRNA-seq解析を用いた新規前象牙芽細胞マーカー遺伝子の同定および機能解析 (2023)
  • Author(s): 吉崎 恵悟
  • Organizer: 第65回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Cellular and epigenetic dynamics by which mediator 1 ablation changes cell fate of dental epithelia to that generating hair. (2022)
  • Author(s): Yuko Oda, Keigo Yoshizaki, Roman Thaler, Satoshi Fukumoto, Daniel D. Bikle.
  • Organizer: ISSCR 2022 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GPIアンカー型タンパク質Lypd1は、前象牙芽細胞特異的に発現し象牙芽細胞分化を制御する (2022)
  • Author(s): 傅 堯，宮崎 佳奈子，吉崎 恵悟，千葉 雄太，川原 純平，湯田 智美，田 甜，水田 敢士，福本敏，高橋 一郎
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 歯特異的転写因子AmeloD結合タンパク質の酵母Two-Hybrid法によるスクリーニング (2022)
  • Author(s): 岡 桜恵, 佐藤 浩, 千葉 雄太, 吉崎 恵悟, 福本 敏.
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 前象牙芽細胞に特異的に発現するGPIアンカー型タンパク質Lypd1の同定および分化制御機構の解明 (2022)
  • Author(s): 傅 堯，宮崎 佳奈子，吉崎 恵悟，千葉 雄太，鮒田 啓太，湯田 智美，田 甜，水田 敢士，川原 純平，福本敏，高橋 一郎
  • Organizer: 第45回分子生物学会
• [Presentation] 生体外器官培養システムを用いた温度刺激による長期器官保存法の確立 (2022)
  • Author(s): 湯田 智美，吉崎 恵悟，田 甜，宮崎 佳奈子，鮒田 啓太，水田 敢士，傅 堯，川原 純平，福本敏，高橋 一郎
  • Organizer: 第45回分子生物学会
• [Presentation] A basement membrane protein Nephronectin plays important roles in tooth development. (2021)
  • Author(s): Kanji Mizuta, Keigo Yoshizaki, Tomomi Yuta, Kanako Miyazaki, Keita Funada, Tian Tian, Yao Fu, Yuta Chiba, Ichiro Takahashi, Satoshi Fukumoto.
  • Organizer: A special symposium celebrating the 50th anniversary of the Protein Data Bank
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comprehensive analysis for the gene functions associated with epithelial-mesenchymal interaction in tooth (2021)
  • Author(s): Keigo Yoshizaki
  • Organizer: SNU KYUSHU joint symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 吉崎 恵悟 (2021)
  • Author(s): 上皮－間葉ネットワークにおける器官運命決定機構の解明
  • Organizer: 第６３回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 低温器官培養法を用いた抗癌剤シクロホスファミドによる歯胚形成阻害回避モデルの構築 (2021)
  • Author(s): 田 甜、吉崎 恵悟、宮崎 佳奈子、鮒田 啓太、湯田 智美、水田 敢士、傅 堯、川原 純平、福本 敏、高橋 一郎
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 基底膜分子 Nephronectin は RGD 領域を介してエナメル芽細胞の分化制御に関与する (2021)
  • Author(s): 水田 敢士、吉崎 恵悟、宮崎 佳奈子、鮒田 啓太、湯田 智美、田 甜、傅 堯、川原 純平、福本 敏、高橋 一郎
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] デスモゾーム構成因子 Plakophilin 1 は核内移行シグナルを介して細胞増殖を制御する (2021)
  • Author(s): 宮崎 佳奈子、吉崎 恵悟、傅 堯、鮒田 啓太、湯田 智美、田 甜、水田 敢士、川原 純平、福本 敏、高橋 一郎
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] GPI アンカー型タンパク質 Lypd1 は象牙芽細胞分化に重要な役割を果たす (2021)
  • Author(s): 傅 堯、宮崎佳奈子、吉崎 恵悟、千葉 雄太、鮒田 啓太、田 甜、湯田 智美、水田 敢士、福本 敏、高橋 一郎
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Gタンパク質共役型受容体Gpr111/Adgrf2はエナメル質の石灰化を制御する (2021)
  • Author(s): 千葉 雄太、吉崎 恵悟、田 甜、千葉 満生、韓 旭、稲田 幸織、福本 敏
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Comprehensive analysis for the genes associated with epithelial-mesenchymal interactions in tooth (2021)
  • Author(s): Keigo Yoshizaki
  • Organizer: The 69th Annual meeting of Japanese Association for Dental Research
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 抗がん剤シクロホスファミドの歯胚に与える影響と副作用回避法の検索 (2021)
  • Author(s): 田 甜、吉崎 恵悟、宮崎 佳奈子、安藤 優那、鮒田 啓太、湯田 智美、水田 敢士、傅 堯、川原 純平、高橋 一郎
  • Organizer: 第80回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] GPIアンカー型タンパク質Lypd1は歯の発生において象牙芽細胞分化を制御する (2021)
  • Author(s): 傅 堯、宮崎 佳奈子、吉崎 恵悟、田 甜、鮒田 啓太、湯田 智美、水田 敢士、川原 純平、花田 彩圭、高橋一郎
  • Organizer: 第80回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 基底膜分子Nephronectinは歯の発生においてRGD配列を介してエナメル芽細胞分化を制御している (2021)
  • Author(s): 水田 敢士、吉崎 恵悟、宮崎 佳奈子、田 甜、鮒田 啓太、湯田 智美、傅 堯、川原 純平、高橋 一郎
  • Organizer: 第80回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 外胚葉異形成症原因遺伝子Plakophilin 1は転写共役因子として上皮形成を促進する (2021)
  • Author(s): 宮崎 佳奈子，吉崎 恵悟，傅 堯，鮒田 啓太，湯田 智美，田 甜，水田 敢士，川原 純平，花田 彩圭，高橋 一郎
  • Organizer: 第80回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] The role of basement membrane protein Nephronectin in tooth development. (2021)
  • Author(s): Kanji Mizuta, Keigo Yoshizaki, Kanako Miyazaki, Keita Funada, Tomomi Yuta, Tian Tian, Yao Fu, Jumpei Kawahara, Ichiro Takahashi
  • Organizer: KOB & OBT 5thJoint International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] von Willebrand factor D and EGF domains, a novel extracellular matrix protein, regulates the expression of cadherins in the dental epithelial cells (2021)
  • Author(s): 岩田 こころ、河原林 啓太、吉崎 恵悟、杉本 明日菜、福本 敏、岩本 勉
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会