| Project/Area Number |
24K22041
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
川村 晃久 立命館大学, 生命科学部, 教授 (90393199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 恭弘 立命館大学, 生命科学部, 助教 (70911402)
植山 萌恵 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 助教 (60844280)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 心臓ペースメーカ細胞 / エピゲノム編集 / 再生医学 |
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| Outline of Research at the Start |
心拍数が著しく低下する重症徐脈性不整脈に対して、機械式ペースメーカ植込み術が唯一の治療法であるが、感染・自律神経不応答・高額医療などの課題がある。本研究では、国立循環器病研究センターらとの連携を継続し、発生過程の心臓ペースメーカ細胞に特異的なエンハンサーを、RNA-seq/ATAC-seq/CUT&RUN-seqなどの網羅的解析により同定する。さらに、これを標的としたエピゲノム編集を施すことで効率的かつ再現性の高い心臓ペースメーカ細胞の作製法の開発を目指す。その成果は、機械式ペースメーカの弱点を克服する画期的な再生医療ツールとして、患者の予後や生活の質の改善に大きく貢献すると期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本邦を含む先進国で、過労死や突然死の原因の多くを致死性不整脈が占めており、生産者層の突然死・過労死を予防することは、医療と経済活性化の両面において重点課題といえる。致死性不整脈の中でも心拍数が著しく低下する重症徐脈性不整脈では機械式ペースメーカの移植が唯一の治療法であるが、感染・自律神経不応答・高額医療などの課題を抱えている。このため、ペースメーカ組織を再生させる新たな治療法として心臓ペースメーカ細胞を別の細胞から誘導する方法が期待されているものの再現性に乏しく誘導効率も低い。そこで、本研究では、心臓ペースメーカ細胞の発生に必要な遺伝子群のエンハンサー候補領域を網羅的に解析した。マウス胎仔の発生期心房（静脈洞領域を含む）を採取して、RNA-seq・ATAC-seq・CUT&RUN-seqらのオミクス解析を行いのこれらの情報を統合することで、重要なエンハンサー候補領域を同定することに成功した。次いで、候補の絞り込みとこれらを標的としたエピゲノム編集による新たな誘導方法の確立を試みている。
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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
心臓ペースメーカ細胞を別の細胞から作製する方法の確立には、心臓ペースメーカ細胞の発生に必要な遺伝子群のエンハンサー候補領域を網羅的に解析する必要がある。心臓ペースメーカ―の発生起源については十分に解明されていないものの、1次心臓領域に由来する心房の一部が洞房結節と呼ばれる心臓ペースメーカ細胞集団となることが示唆されている。また、Shox2遺伝子が最も早期から心臓ペースメーカ細胞の発生に関わる転写因子として知られている。本研究により我々は、hox2遺伝子の上流のゲノムの一部が、胎生期マウスにおいて他の心臓部位と比較し心房のみでオープンクロマチン状態になっていることをATAC-seqにより見出した。このゲノム領域を標的としたエピゲノム編集の準備を行っており、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最も早期から心臓ペースメーカ細胞の発生に関わる転写因子として知られているShox2遺伝子の上流のゲノム領域の中から、本研究により我々が独自に見出したオープンクロマチン領域が実際に心臓ペースメーカ形成に特異的なShox2遺伝子エンハンサーであることを、LacZやEGFPをレポーター遺伝子として発現させるトランスジェニックマウス解析により確認する。次いで、上記のトランスジェニックマウスから多能性幹細胞を樹立して、変異型Cas9—ヒストン修飾酵素融合タンパク質とguide RNAを強制発現させるエピゲノム編集を行い心臓ペースメーカ細胞への分化誘導を実施し誘導効率をレポーター遺伝子の発現などを指標に評価する。作製された心臓ペースメーカ細胞の成熟度や機能については、ペースメーカ特異的分子に対する蛍光免疫染色や定量PCR や、自発性の電気活動を解析できる多電極アレイや蛍光イメージングにより評価する。最終的には、上記のエンハンサー活性化因子を同定しエピゲノム編集と組み合わせて、効率的かつ再現性の高い心臓ペースメーカ細胞の作製法の開発を目指す。その成果は、機械式ペースメーカの弱点を克服する画期的な再生医療ツールとして、患者の予後や生活の質の改善に大きく貢献すると期待される。
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