2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanisms how skeletal muscle integrates different cell types to form a functional organ.
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19H03233
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
瀬原 淳子 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 連携教授 (60209038)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 骨格筋発生 / 増殖因子 / 神経筋接合部 / プロテアーゼ / 臓器形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、骨格筋がそれに必要な異種細胞・組織をどのようにインテグレートさせて、臓器として発達するのかを、増殖因子の観点から解明し、この問題に挑戦する。申請者は臓器構築過程における膜型増殖因子や接着因子、それらのプロテアーゼ制御の研究を行い、異種細胞・組織間での細胞分化制御や形態形成への関与を見出してきた実績を持つ。さらに近年、宇宙の微重力環境における骨格筋萎縮の原因を探る研究を行なっている。本研究ではそれらの研究で得られた着想を元に、次の作業仮説を検証する。
（１）骨格筋における異種組織のインテグレーションと協調的な発達には、骨格筋からのシグナルが主導的な役割を果たす。
（２）それらの異種細胞・組織は、固有の応答として特異性の高い遺伝子発現、特に細胞外基質・増殖因子などを発現活性化させる。
（３）それら臓器特異性の高い細胞外基質は骨格筋の形態的・機能的発達に関与する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
骨格筋における異種細胞の相互作用として、我々が注目してきたのは、それらの細胞間シグナリングに関与する増殖因子、それらの増殖因子のシグナリング効率を制御する細胞外基質や増殖因子レセプター、そしてそれらにより活性化される転写因子・転写制御因子などである。それらの個々の要素を明らかにするだけでなく、それらの反応カスケードを解明する必要がある。
特に、骨格筋と相互する細胞として重要な腱細胞に着目したが、この細胞については、系譜も分化機構も不明なところが多いのが現状であった。そこで本研究ではまず、骨格筋幹細胞や多様な細胞への分化能力を有する神経堤細胞で発現する膜型プロテアーゼADAM19について細胞系譜特異的ノックアウトマウスを作成し、それが、軟骨分化を抑制し腱分化を促進することを見出した(Arai H., et al, Cell Rep., 2019) 。ADAM19は、増殖因子BMPのレセプターの細胞外ドメインの切断ectodomain sheddingを介して、そのシグナリングを負に制御し、それが腱分化を促すことも示唆された。一方、ゼブラフィッシュおよびマウスを用いて、今まで謎であった、骨格筋に接する線維芽細胞・腱細胞系譜の前駆細胞で発現し、その分化を制御する転写因子EBF3を見出すことにも成功した(Kuriki M, et al、Development 2020)。これらはいずれも、それぞれの遺伝子の役割だけでなく、既知の増殖因子や転写因子との関係についてもコンディショナルノックアウトマウスを作成して示したもので、高い新規性を有する。
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| Strategy for Future Research Activity |
注目すべきことは、これらが、いずれも腱細胞や繊維芽細胞の前駆細胞で自律的に働いていたこと、別の細胞系譜に属する筋細胞の分化がそれに先行することである。また現在、神経筋接合部形成に関しても、別の４種のプロテアーゼの増殖因子制御について、その役割・機能を精査しており、それらが神経における酵素活性によることがわかりつつある。
そこで現在、骨格筋のメカニカルストレスによって、これらのプロテアーゼ活性や転写因子活性が制御されるかどうかを検証している。発生過程においても骨格筋は既に収縮を始めているが、それは弱いものであることから、主に成体や培養細胞を用いて研究を進める必要がある。また、宇宙実験データを用いて、重力応答という観点からもそれらの遺伝子群の制御機構を検討する予定である。
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