造血幹細胞の分化様式の解析

• Project Area: Molecular mechanisms of cell fate determination in the cells that undergo stepwise differentiation to multiple pathways
• Project/Area Number: 23118505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 依馬 秀夫 慶應義塾大学, 医学部, 特任准教授 (50344445)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 血液内科学 / 造血幹細胞 / 分化 / 非対称分裂 / コミットメント / 発生・分化 / 再生医学 / 幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

造血幹細胞がどのようにして各細胞系譜へコミットするのか不明であった。造血幹細胞の運命の選択機序を解明するためにはクローナルな解析が欠かせない。申請者らはSingle-cell transplanation実験とPaired daughter cell実験(1個の造血幹細胞を培養し1回分裂させ2個の娘細胞を得た後、それぞれの娘細胞を別々のマウスに移植する実験)によってこの問題に挑戦した。従来、ドナーマーカーとしてLy5.1が用いられてきたが、Ly5.1は赤血球と血小板には発現しておらず、これらの細胞系譜の解析ができていなかった。そこで、蛍光色素のKusabira Orange (KuO)を発現したトランスジェニックマウスを作成し、このマウスから分離した造血幹細胞を移植実験に用いることにより、KuOをドナーマーカーとして顆粒球、単球、Bリンパ球、Tリンパ球系のみならず、赤血球、血小板系までも解析することができた。その結果、1個の造血幹細胞によって最初に再構築されるのは血小板であることが判明した。Single-cell cultureによって約10%の造血幹細胞集団が巨核球コロニーを形成し、Single-cell transplantationによって約10%の細胞が巨核球系再構築細胞(rMkP)として検出された。これらの結果は造血幹細胞とrMkPはごく近縁関係にあることを示唆した。そこで、Paired daughter cell実験を行ったところ、2個の娘細胞のうち一方が造血幹細胞で他方がrMkPや骨髄系共通前駆細胞として検出された。以上より、造血幹細胞が非対称性分裂を介して骨髄球系へ直接的に分化する経路（Myeloid bypass)が想定された。そして、造血幹細胞は分化過程において骨髄球系を優先して産生し、その後リンパ球系を産生するという新しい血球分化モデルを提唱した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Two anatomically distinct niches regulate stem cell activity (2012)
  • Author(s): Ema, H., and Suda, T
  • Journal Title: Blood 120 Volume: 120 Issue: 11 Pages: 2174-2181
  • DOI: 10.1182/blood-2012-04-424507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Homeostasis of hematopoietic stem cells regulated by the myelop roliferative disease associated-gene product Lnk/Sh2b3 via Bcl-xL (2012)
  • Author(s): Suzuki N, Yamazaki S, et al
  • Journal Title: Exp Hematol Volume: 40 Issue: 2 Pages: 166-174
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2011.11.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonmyelinating Schwann cells maintain hematopoietic stem cell hibernation in the bone marrow niche (2011)
  • Author(s): Yamazaki S, Ema H, Karlsson G, Yamaguchi T, Miyoshi H, Shioda S, Taketo MM, Karlsson S, Iwama A, Nakauchi H
  • Journal Title: Cell Volume: 147 Issue: 5 Pages: 1146-1158
  • DOI: 10.1016/j.cell.2011.09.053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional characterization of hematopoietic stem cells in the spleen (2011)
  • Author(s): Morita, Y., Iseki, A., Okamura, S., Suzuki, S., Nakauchi, H., and Ema, H.
  • Journal Title: Exp Hematol Volume: 39 Issue: 3 Pages: 351-359
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2010.12.008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Megakaryocyte Lineage Commitment in Hematopoietic Stem Cells (2011)
  • Author(s): Yamamoto M, Morita Y, et al
  • Organizer: ASH annual meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Book] 造血幹細胞 再生医学叢書１「幹細胞」 (2012)
  • Author(s): 依馬秀夫
  • Publisher: 朝倉書店
• [Remarks] 慶應義塾大学医学部発生分化生物学
  • URL: http://www.celldiff.med.keio.ac.jp/