Elucidating an epidermal regenerative principal by analyzing cell dynamics

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K10231
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 難波 大輔 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10380255)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 表皮角化幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ヒト表皮角化細胞動態解析とマウス皮膚創傷治癒モデルを組み合わせることによって、表皮組織の再生原理の解明を目指す。具体的には、培養表皮シート形成および皮膚組織片からの角化細胞遊走における細胞動態（分裂周期や移動速度・方向）をライブイメージングにより解析し、その数理モデル化から表皮シート形成や創傷治癒のin silico再構成を行い、表皮再生に必須な細胞動態を定量的に明らかにする。さらに角化細胞の増殖や運動に必須であるEGFRシグナルを、培養表皮シート形成やマウス皮膚創傷治癒モデル、糖尿病罹患ヒト皮膚組織片からの細胞遊走実験において人為的に制御することで、表皮再生における細胞動態の分子機構を解明する。


本年度は、ヒト表皮角化細胞からの培養表皮シート形成やヒト皮膚組織片からの角化細胞遊走における細胞動態をライブイメージング実験および細胞動態のモデル化とシミュレーションによるin silico実験から明らかとなった表皮再生原理の根幹をなす細胞動態を制御する分子機構について解析を行い、新たなシグナル伝達経路を同定することに成功した。また、マウス皮膚創傷治癒モデルでも、同定されたシグナル伝達経路が創傷治癒に関与していることが明らかとなった。さらにヒト潰瘍サンプルの解析から、細胞同動態の変化が、創傷治癒の不全をもたらしている可能性を示唆する結果を得ることができた。以上より、表皮再生原理の中心的な細胞動態の分子機構を明らかにすることが出来た。

Research Products

• [Journal Article] Stem Cell Competition Orchestrates Skin Homeostasis and Ageing (2019)
  • Author(s): Liu N, Matsumura H, Kato T, Ichinose S, Takada A, Namiki T, Asakawa K, Morinaga H, Mohri Y, De Arcangelis A, Geroges-Labouesse E, Nanba D, Nishimura EK.
  • Journal Title: Nature Volume: 568 Pages: 344-350
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1085-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] IGF-1R Deficiency in Human Keratinocytes Disrupts Epidermal Homeostasis and Stem Cell Maintenance (2019)
  • Author(s): Muraguchi T, Nanba D, Nishimura EK, Tashiro T.
  • Journal Title: J Dermatol Sci Volume: 94 Pages: 298-305
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2019.05.001.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Noninvasive Measurement of Cell/Colony Motion Using Image Analysis Methods to Evaluate the Proliferative Capacity of Oral Keratinocytes as a Tool for Quality Control in Regenerative Medicine (2019)
  • Author(s): Hoshikawa E, Sato T, Kimori Y, Suzuki A, Haga K, Kato H, Tabeta K,?Nanba D, Izumi K.
  • Journal Title: J Tissue Eng. Volume: 10 Pages: 204173141988152
  • DOI: 10.1177/2041731419881528.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human keratinocyte stem cells: From cell biology to cell therapy. (2019)
  • Author(s): Nanba D.
  • Journal Title: J Dermatol Sci. Volume: 96 Pages: 66-72
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2019.10.002.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Valve Interstitial Cell-Specific Cyclooxygenase-1 Associated With Calcification of Aortic Valves. (2019)
  • Author(s): Sakaue T, Hamaguchi M, Aono J, Nakashiro KI, Shikata F, Kawakami N, Oshima Y, Kurata M,?Nanba D, Masumoto J, Yamaguchi O, Higashiyama S, Izutani H.
  • Journal Title: Ann Thorac Surg Volume: S0003-4975 Pages: 31717-5
  • DOI: 10.1016/j.athoracsur.2019.09.085.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Automated collective motion analysis validates human keratinocyte stem cell cultures. (2019)
  • Author(s): Kinoshita K, Munesue T, Toki F, Isshiki M, Higashiyama S, Barrandon Y, Nishimura EK, Yanagihara Y,?Nanba D.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9 Pages: 18725
  • DOI: 10.1038/s41598-019-55279-4.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of the proliferative potential of skin keratinocytes and fibroblasts isolated from critical limb ischemia patients. (2019)
  • Author(s): Toki F,?Nanba D, Nishimura EK, Matsuzaki K.
  • Journal Title: Regen Ther Volume: 14 Pages: 222-226
  • DOI: 10.1016/j.reth.2020.03.016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Tracing stem cell motion in human keratinocyte colonies using deep learning-based object tracking (2019)
  • Author(s): Nanba D
  • Organizer: 1st Japan-Singapore International Skin Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Label-free identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based quantitative cell motion analysis. (2019)
  • Author(s): Nanba D, Hirose T, Toki F, Nishimura EK, Kotoku J.
  • Organizer: 49th Annual European Society for Dermatological Research (ESDR) Meeting
  • Int'l Joint Research