| Project/Area Number |
23K14198
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石川 瑞穂 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (80966284)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 線維芽細胞 / DNA損傷 / 表皮幹細胞 / 老化 |
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| Outline of Research at the Start |
線維芽細胞は、組織幹細胞ニッチとして働く細胞の一種で、組織恒常性維持や再生に重要な役割を果たす。近年の研究から、線維芽細胞が非常に豊かな多様性に富むことが明らかになりつつあるが、異なる線維芽細胞集団が存在することの生物学的意義は不明である。申請者はDNA損傷に起因する皮膚老化の原因が表皮幹細胞自体ではなく、そのニッチとして働く線維芽細胞亜集団にあるのではと考え、細胞種特異的なDNA損傷が誘導可能なマウスモデルや空間的トランスクリプトーム解析により正常または老化ストレス環境下での多様な線維芽細胞集団が持つ機能の解明および表皮―真皮ネットワークを基軸とした皮膚老化メカニズムの理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「皮膚に存在する数多くの線維芽細胞集団が、異なる表皮幹細胞集団のニッチ領域を形成し、老化ストレスに対し異なる感受性を示すことで表皮幹細胞の不均一性制御にはたらく」という仮説を細胞種特異的にDNA損傷ストレスを誘導することが可能なマウスモデルや空間的位置情報に基づくトランスクリプトーム解析などにより検証することである。令和６年度は、昨年度に引き続きDNA損傷誘導モデルマウスを使用した線維芽細胞亜集団におけるDNA損傷に対する応答性の違いの検討、特に長期間(６週間)での解析を行なった。皮膚線維芽細胞全体においてCreを発現するCol1a2-CreERマウス、および真皮上部かつ低分裂表皮幹細胞の下に分布する線維芽細胞においてCreを発現するLrig1-CreERマウスにタモキシフェン投与によってDNA損傷の誘導が可能なI-Ppo1マウスを交配して得たマウス(Col1a2-CreER/Rosa-I-Ppo1およびLrig1-CreER/Rosa-I-Ppo1)を用いて、Col1a2およびLrig1陽性細胞でDNA損傷が起こった際の老化表現型の違いを比較した。しかし、長期間DNA損傷を与えた実験群においても老化を反映する脱毛、白髪などの外見変化は観察されなかった。また、表皮の肥厚などの組織学的変化やホールマウント染色による高分裂表皮幹細胞が占める領域の縮小を指標とした表現型の評価も行なったが、こちらもLrig1-CreERマウスとCol1a2-CreERマウスにおける差は観察されなかった。そのため、Lrig1とCol1a2によって識別される皮膚線維芽細胞集団間においてはDNA損傷に対する応答性に差がないことを示唆する結果となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度、Lrig1-CreERマウスとCol1a2-CreERマウスにおいて差が認められず、この理由がCreの発現を誘導するために投与しているタモキシフェンの投与期間にあるのではないかと考えた。そこで当初計画の２倍の期間に当たる６週間に変更した実験群を再設定し、今年度はこれらの実験群マウスから投与終了後1ヶ月後に皮膚組織を回収し、外見観察や組織学的解析を行いCol1a2、Lrig1 陽性線維芽細胞で DNA損傷が起こった時の違いを再検討した。しかし、Lrig1-CreERマウスとCol1a2-CreERマウス間での比較を行なったものの投与期間３週間時と同様に組織学的解析及び表現型解析からは明確な差は観察されなかった。
予定していたモデルマウスを使用した線維芽細胞亜集団の応答性の違いが見られなかったため、現在は実験計画２に予定されている空間的位置情報に基づくトランスクリプトーム解析に軸足をおき、条件検討を含め実験・研究を進めている。また実験計画３に予定しているin silicoで細胞間コミュニケーション解析可能であるNichenetやCellchatの解析方法について習得を続けており、実際のデータが出た際には速やかに解析できるように準備を進めている。また、昨年度から続けていたヒトケラチノサイトに対する表皮幹細胞マーカーや増殖マーカーなどの染色条件の検討から至適染色条件を確定しつつあり、全体としては概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は主に実験計画２及び実験計画３を中心に研究課題を遂行する予定である。具体的には野生型若齢及び老齢マウス皮膚を用いた空間トランスクリプトーム解析系のシステム構築及び稼働を目指し、最終年度では目的としている空間的位置情報に紐づいた遺伝子発現データの獲得を目指す。また、空間トランスクリプトーム解析からのデータが得られた際にはin silico解析を用いて表皮－真皮間相互作用を担っている液性分子の候補分子の探索を行い、これら候補分子の絞り込みを行うための培地添加実験やマウスへの候補因子を染み込ませたビーズの真皮内移植といった実験を行う予定である。これらの実験を行うことにより最終目的である加齢によって表皮幹細胞集団の均衡が崩れる要因となる線維芽細胞集団の同定および表皮―真皮相互作用に着目した分子基盤の解明を達成する。
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