Role of ATP-sensitive potassium ion channel in dermal papilla cell

• Project/Area Number: 22K08441
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53050:Dermatology-related
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 伊藤 宗成 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (20408371)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: Cantu症候群 / 毛乳頭細胞 / ATP感受性カリウムチャネル / 遺伝子変異 / KCNJ8遺伝子 / 多毛症 / 先天性多毛症 / カリウムイオンチャネル

Outline of Research at the Start

カントゥ症候群という生まれつき多毛を来たす病気の原因は、細胞の内外でカリウムの受け渡しをするための関門、「カリウムチャネル」の遺伝子異常であることがわかっている。しかしその遺伝子異常の形式により、起こる病気も大きく異なることも知られている。我々は、カリウムチャネルの遺伝子異常を解析することで、毛髪の基部に存在し、発毛に大切な役割を担う毛乳頭細胞において、カリウムチャネルがどのような役割を担っているかを研究し、病気の理解、発毛の仕組みなどにせまりたいと考えている。

Outline of Annual Research Achievements

Cantu syndrome（CS）は先天性多毛を主訴とする先天性疾患であり、ATP感受性カリウムイオンチャネル（KATPチャネル）構成蛋白質をコードする遺伝子での機能獲得性変異が原因である。一方で、同一遺伝子への機能喪失性変異では、乳児突然死症候群などの循環器疾患を生じる。KATPチャネルは心筋細胞などの興奮性細胞で活動電位を調節しており、その異常が心筋機能に影響することは想像しうるが、発毛を司る毛乳頭細胞（DPC）での働きは殆どわかっていない。本研究では、CSでの遺伝子変異の解析を通じて、KATPチャネルのDPCでの機能を明らかにする。
そのために、我々が同定したCS関連変異E189K変異（機能獲得変異：GOF）、J波症候群を生じるS422L変異（GOF）、乳児突然死症候群を生じるE332del変異（機能喪失変異：LOF）を強制発現させるウイルス・ベクターを作製、マウス不死化DPCにそれぞれのベクターを導入し、正常型および変異型Kir6.1発現DPCを作製した。
それぞれの細胞生物学的な差異を検討するため、まずは増殖能の差をみたが、違いはなかった。そのため遺伝子発現の差異を検討するため、マイクロアレイによる解析を行った。その結果、遺伝子発現に様々な差異はみられたものの、発毛や毛周期に影響を与えうる遺伝子を見出すことはできなかった。その原因として、ただ細胞培養を行っただけでは、DPCにおいて発毛のスイッチが入っていない可能性が考えられ、現在、実験計画の再検討を行っている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

前述の通り、正常型および各種変異型Kir6.1発現DPCの作製には成功したものの、各細胞間での遺伝子発現の差異を検討するために行ったマイクロアレイ解析では、発毛や毛周期に関連する遺伝子群において、有意な違いを見いだせず、研究計画から大幅に遅れることとなった。
今回の問題点は、ただ単に維持培養をしている定常状態での細胞では、発毛や毛周期に関連する遺伝子群の発現が抑制されており、KATPチャネルの変異型による差異が確認できなかった可能性があると考え、研究計画に修正を加えて、次年度に臨みたいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

前述の研究の進捗状況を踏まえ、正常型および各種変異型Kir6.1が発現した各DPCに、発毛を促すスイッチを入れ、そのうえで遺伝子発現の差異を比較する必要があると考えた。
本来であれば、各DPCをヌードマウスに移植し、実際に発毛させた状態で、毛包からDPCを回収（GFP発現によるソーティング）が好ましいが、実験手技がかなり煩雑となること、マイクロアレイに必要十分な細胞数を回収することが困難と予測されることから、in vitroで発毛状態を誘導する方法を検討した。その結果、各DPCにて、毛母部を模倣した細胞塊（sphere）を作り、Wnt10b添加により刺激する方法を選択した。サンプルが用意でき次第、マイクロアレイによる遺伝子発現の差異を検討していく予定である。