2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of regulatory mechanisms for differentiation of human cartilage tissue
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18H02923
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
妻木 範行 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (50303938)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 内軟骨性骨化 / 骨系統疾患 / 疾患モデル / iPS細胞 / ゼノグラフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内軟骨性骨化は様々な因子によって複雑に制御されており、それらの異常が成長障害を来す骨系統疾患の原因となることが明らかにされてきた。一方で、ヒトの病態を解析する適切な実験モデルが無いことが長年の課題であった。これまでに我々はヒトiPS細胞から軟骨組織を培養下に作成する分化誘導法を確立し、in vitro疾患モデルとして病態再現と創薬研究に用いてきた。さらに、生体に近い病変軟骨の病態を再現するモデルを作るため、ヒトiPS細胞由来軟骨を免疫不全動物であるSCIDマウスの皮下に移植（Xenograft）したところ、内軟骨性骨化が起き、その軟骨―骨境界部では成長軟骨板様の構造が作られていることが判明した。成長軟骨板の各層のマーカーであるＩＩ型コラーゲン、ＩＨＨ，Ｘ型コラーゲンの免疫染色を行ったところ、ヒトiPS細胞由来軟骨xenograftの成長軟骨板様組織は、これらを層状に発現していた。また、扁平な軟骨細胞はカラム構造をとり、この部の細胞はＫｉ67を高頻度に発現しており、増殖軟骨細胞層を形成していることが判明した。次にFGFR3異常症由来の疾患特異的iPS細胞を用いた解析を行ったところ、疾患の重症度に一致した肥大軟骨細胞の小型化と配列の乱れが認められた。それに対して移植マウスにFGFR阻害剤を投与したところ、肥大軟骨細胞径が回復し病態の回復まで観察することが可能であった。本モデルはiPS細胞を用いることにより、細胞リソースとして制限なく使用可能であり、疾患患者から細胞を作成すればそのまま疾患モデルとして応用できる利点がある。以上の成果をKimura et al., Osteoarthritis Cartilage, (2018). に報告した。
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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
研究の全体構想は、ヒトの運動器骨格が形成・維持される機序を分子レベルで解明することである。骨格を器官／組織としてとらえ、その制御機構を培養細胞のレベルではなく、生体の器官／組織の環境で理解することをめざす。生体の器官／組織を使った分子レベルの実験は遺伝子改変マウスモデルで行われてきたが、その知見がヒトに当てはまらないことが多々ある。ヒト器官／組織でのバイオロジーを知るためには、その構造と機能を誠実に再現するモデルをヒト細胞を使って作り、調べる必要がある。iPS細胞が開発されて以来、細胞リプログラミング技術を使うことで、誠実なヒト組織モデルを作ることが可能なことが示されつつある。このような目的の中で2018年度は、本研究計画の冒頭に挙げた、生体の内軟骨性骨化組織の発生を誠実に再現するようなヒトiPS細胞由来軟骨組織xenograftモデルを確立することに成功し、雑誌Osteoarthritis Cartilageに報告した。よっておおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
全体構想は、ヒトの運動器骨格が形成・維持される機序を分子レベルで解明することを目指すため、ヒト細胞とマウスなどの動物の実験系、およびxenograftモデル実験の結果を比較し、治験を得ることを目指す。そのために、ヒトiPS細胞由来軟骨を免疫不全動物に移植して、in vivoにおけるふるまいを解析することを行う。ヒトiPS細胞由来軟骨のふるまいは、移植する場所の環境に依存することが考えられることから、皮下以外に、関節内への移植も行っていく。また、軟骨細胞分化の分子機序を解明するために、網羅的な遺伝子探索と、候補遺伝子のノックアウトによってヒト細胞とマウス個体での表現型を解析し、それらを比較することで目的を達成することを目指す。
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Research Products
(16 results)
