免疫系を維持、調節する微小環境（ニッチ）の形成と機能の分子機構の解明

• Project/Area Number: 23K24152
• Project/Area Number (Other): 22H02890 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49070:Immunology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 長澤 丘司 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (80281690)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ニッチ / 骨髄 / 造血幹細胞 / 線維芽細胞 / 免疫記憶細胞

Outline of Research at the Start

継続課題のため、記入しない。

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、これまでCXCL12を高発現する細網細胞 (CAR細胞)が骨髄での造血幹細胞の維持と免疫細胞の産生に必須の微小環境（ニッチ）を構成するニッチ細胞として働く骨髄特異的線維芽細胞であることを明らかにした。また、二次リンパ組織には、B細胞が抗原と反応して分化する形質細胞を維持するニッチ細胞が存在する。
[ 1 ] CAR細胞の起源細胞の同定。マウス成体の骨格筋、腸管の未分化な線維芽細胞を、マトリゲルと共に皮下に移植したところ骨髄とCAR細胞が形成された。
[ 2 ] CAR細胞が構成する造血幹細胞・免疫細胞ニッチが形成・維持される分子機構の解明。(2-1)CAR細胞特異的に発現する転写因子C/EBPαに注目し、CAR細胞で欠損するマウスを作製し、解析を進めた。
(2-2)骨格筋の未分化線維芽細胞を骨髄内に注入すると一部がCAR細胞に分化した。
(2-3)米国のグループよりCAR細胞の70%でCXCL12を欠損させても造血幹細胞数は正常であったため、CAR細胞が産生するCXCL12は造血幹細胞の維持に必須でないことが報告されていたが、全てのCAR細胞でCXCL12を欠損させると、造血幹細胞数が著減し、リンパ球産生能が低下していたことからCAR細胞が産生するCXCL12は、造血幹細胞、特にリンパ球を十分産生する幹細胞の維持に必須であることが明らかになった。
[ 3 ]脾臓の赤脾髄には造血幹細胞、形質細胞、赤脾髄マクロファージを維持する線維芽細胞が存在し、その形成に必須で特異的に発現する転写因子が明らかになっている。そこで、この赤脾髄線維芽細胞の機能と形成・維持機構を解明するため、発現するサイトカイン受容体を検索した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまで長年、線維芽細胞は、様々な実質細胞の間の空間を埋める細胞外蛋白質を産生する細胞群であると考えられ、その機能や細胞系列としての理解や研究の進展は十分でなかった。しかし、近年、骨髄で造血幹細胞や免疫細胞を維持する骨髄特異的線維芽細胞であるCAR細胞や、脾臓で造血幹細胞、形質細胞、赤脾髄マクロファージを維持する赤脾髄線維芽細胞、腸管で腸管上皮幹細胞を維持するFoxl1テロサイトが同定され、線維芽細胞の新しい重要な機能と細胞系列としての特性が明らかになった。2021年、これらを基盤に、様々な臓器特異的線維芽細胞が、様々な組織に存在する普遍的線維芽細胞から分化する可能性が推測され、線維芽細胞の研究は新しい局面を迎え、大きく発展しようとしている。研究代表者らの研究成果は、この流れを先導する可能性を持っている。

Strategy for Future Research Activity

[ 1 ] CAR細胞の起源細胞の同定。マウスの胎児の四肢や成体の骨格筋等、骨や骨髄以外の未分化な線維芽細胞を、CXCL12と線維芽細胞表面マーカーの発現を指標に亜分画に分け、皮下や成体の骨髄内に移植してCAR細胞への分化能を検討し、CAR細胞の起源細胞分画を探索する。
[ 2 ] CAR細胞が形成・維持される分子機構の解明。
(2-1)CAR細胞で特異的に高発現する転写因子C/EBPαに注目し、四肢の線維芽細胞やCAR細胞で欠損するマウスの解析を進め、CAR細胞の形成、維持における役割を解析する。
(2-2)骨格筋の未分化線維芽細胞を骨髄内に注入するとCAR細胞に分化したことから、骨髄内にCAR細胞の分化・維持因子が存在することが示唆されたため、これを同定する目的で骨髄特異的に発現する細胞外蛋白質を検索する。
[ 3 ]脾臓で造血幹細胞、形質細胞、赤脾髄マクロファージを維持する赤脾髄線維の形成、維持機構の解明。他の研究グループが脾臓の赤脾髄線維芽細胞の形成に必須の転写因子を複数同定したので、赤脾髄線維芽細胞で発現するサイトカイン受容体を検索し、その役割を解明するために赤脾髄線維芽細胞特異的に欠損するマウスを作製する。

Research Products

• [Journal Article] Acute malaria suppresses the B lymphocytic niche in the bone marrow through the alteration of CXCL12-abundant reticular cells (2024)
  • Author(s): Lee Michelle Sue Jann、Matsuo Dapaah Julia、Del Rosario Zorrilla Camila、Omatsu Yoshiki、Nagasawa Takashi、Uemura Shun、Iwama Atsushi、Ishii Ken J、Coban Cevayir
  • Journal Title: International Immunology Volume: 36 Issue: 7 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1093/intimm/dxae012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ebf3+ niche-derived CXCL12 is required for the localization and maintenance of hematopoietic stem cells (2023)
  • Author(s): Nakatani Taichi、Sugiyama Tatsuki、Omatsu Yoshiki、Watanabe Hitomi、Kondoh Gen、Nagasawa Takashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6402-6402
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42047-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hematopoietic cell-derived IL-15 supports NK cell development in scattered and clustered localization within the bone marrow (2023)
  • Author(s): Abe Shinya、Asahi Takuma、Hara Takahiro、Cui Guangwei、Shimba Akihiro、Tani-ichi Shizue、Yamada Kohei、Miyazaki Kazuko、Miyachi Hitoshi、Kitano Satsuki、Nakamura Naotoshi、Kikuta Junichi、Vandenbon Alexis、Miyazaki Masaki、Yamada Ryo、Ohteki Toshiaki、Ishii Masaru、Sexl Veronika、Nagasawa Takashi、Ikuta Koichi
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 9 Pages: 113127-113127
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113127
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Runx1 and Runx2 inhibit fibrotic conversion of cellular niches for hematopoietic stem cells (2022)
  • Author(s): Omatsu Yoshiki、Aiba Shota、Maeta Tomonori、Higaki Kei、Aoki Kazunari、Watanabe Hitomi、Kondoh Gen、Nishimura Riko、Takeda Shu、Chung Ung-il、Nagasawa Takashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2654-2654
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30266-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Bone marrow specific fibroblasts creating microenvironmental niches for hematopoietic stem cells and lympho-hematopoiesis (2023)
  • Author(s): 長澤 丘司
  • Organizer: The 32nd Hot Spring Harbor International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 骨髄の造血幹細胞ニッチと骨髄の間葉系幹細胞 (2022)
  • Author(s): 長澤 丘司
  • Organizer: 第40回日本骨代謝学会
  • Invited
• [Presentation] 造血幹細胞と造血、骨を維持する骨髄微小環境(ニッチ)の解明 (2022)
  • Author(s): 長澤 丘司
  • Organizer: 第47回 日本骨髄腫学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Microenvironmental niches for hematopoietic stem cells and hematopoiesis in the bone marrow (2022)
  • Author(s): 長澤 丘司
  • Organizer: RIKEN BDR Stem Cell Seminar Series
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] Ｌｙ－ＨＳＣの培養方法、Ｌｙ－ＨＳＣ組成物及びその製造方法、並びに、Ｌｙ－ＨＳＣを培養するための培地及びキット (2023)
  • Inventor(s): 長澤 丘司
  • Industrial Property Rights Holder: 長澤 丘司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023
  • Overseas