Elucidation of the integrin-dependent signaling pathway in hematopoietic stem cell development.

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06438
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 小林 功 金沢大学, 生命理工学系, 准教授 (30774757)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 造血幹細胞 / 発生 / ゼブラフィッシュ / 血管芽細胞 / インテグリン

Outline of Annual Research Achievements

造血幹細胞は全ての種類の血液細胞を供給し続ける能力を有しており、骨髄移植という形で既に難治性血液疾患の治療にも応用されつつある。受精卵から始まる発生過程でどのように造血幹細胞が形成されるのかを分子レベルで解明することができれば、iPS細胞などの多能性幹細胞から造血幹細胞への分化誘導技術につながるものと考えられる。
申請者はこれまでにゼブラフィッシュを用いてインテグリンのシグナル伝達経路が発生過程における造血幹細胞への運命決定に不可欠であることを明らかにしている。インテグリンは造血幹細胞の前駆体として知られる血管芽細胞において細胞外マトリックスとの接着を介してシグナルを伝達し、造血幹細胞の形成に不可欠なLrrc15という膜タンパクの発現を調整することを示してきた。しかしながらLrrc15がどのように造血幹細胞の形成を制御しているのかについては不明であった。
2020年度は新たにインテグリンの制御を受けるLrrc15の機能解析に取り組んだ。Lrrc15が機能しない変異ゼブラフィッシュの血管芽細胞と正常なゼブラフィッシュの血管芽細胞を用いてRNA-seqによる遺伝子発現解析を行ったところ、変異体の血管芽細胞ではrhohというsmall GTPaseに関連する遺伝子の発現が顕著に減少していることが分かった。このrhohの機能を阻害したところ、胚において形成される造血幹細胞の数が減少し、またlrrc15変異胚においてrhohを強制発現すると造血幹細胞の形成が正常なレベルに回復した。これらのことからLrrc15はRhoHを介して造血幹細胞の形成に不可欠なシグナルを制御しているものと考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では発生過程において造血幹細胞の形成がインテグリンによってどのように制御されるのかを分子レベルで解明することを目的としている。これまでの研究からインテグリンはLrrc15という膜タンパクの発現制御に関わり、さらにLrrc15はRhoHというSmall GTPaseの一種を介して造血幹細胞の形成に不可欠なシグナルを制御していることを明らかにしている。このように本研究ではゼブラフィッシュの利点を生かしてインテグリンによって制御されるシグナル伝達経路を特定することに成功していることに加え、これまでに機能が明らかになっていなかったLrrc15およびRhoHという２種類の分子についての機能も明らかになりつつあることから研究は概ね順調に進んでいるといえる。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で明らかにしたRhoHはSmall GTPaseとして様々なシグナル伝達に関わることが知られているが、RhoHがどのようにして造血幹細胞の形成に関与するのかについてはまだ明らかになっていない。そこで今後は血管芽細胞においてRhoHがどのような役割を果たすのかについてrhohの変異系統を作出し、その機能解析を試みる。さらにLrrc15は膜タンパクでありながら、rhohの発現を転写レベルで調整している。Lrrc15がどのような機構でrhohの転写制御に関わるのかについても同時に検討を進めていく。最終的にインテグリンによって始まる造血幹細胞の形成に関わるシグナル伝達経路を明らかにし、論文投稿を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Non-aqueous, zwitterionic solvent as an alternative for dimethyl sulfoxide in the life sciences (2020)
  • Author(s): Kosuke Kuroda, Tetsuo Komori, Kojiro Ishibashi, Takuya Uto, Isao Kobayashi, Riki Kadokawa, Yui Kato, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Eishu Hirata
  • Journal Title: Communications Chemistry Volume: 3 Pages: 163
  • DOI: 10.1038/s42004-020-00409-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Melatonin suppresses both osteoblast and osteoclast differentiation through repression of epidermal Erk signaling in the zebrafish scale (2020)
  • Author(s): Jingjing Kobayashi-Sun, Nobuo Suzuki, Atsuhiko Hattori, Masaaki Yamaguchi, Isao Kobayashi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 530 Pages: 644-650
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.07.075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Uptake of osteoblast-derived extracellular vesicles promotes the differentiation of osteoclasts in the zebrafish scale (2020)
  • Author(s): Jingjing Kobayashi-Sun, Shiori Yamamori, Mao Kondo, Junpei Kuroda, Mika Ikegame, Nobuo Suzuki, Kei-ichiro Kitamura, Atsuhiko Hattori, Masaaki Yamaguchi, Isao Kobayashi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Pages: 190
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0925-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Sinusoidal endothelium is a key component of hematopoietic niches in the zebrafish kidney (2020)
  • Author(s): Mao Kondo, Shiri Yamamori, Isao Kobayashi
  • Organizer: 第４３回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Developing hematopoietic stem cells acquire adaptability to the final hematopoietic niche (2020)
  • Author(s): Shiori Yamamori, Koki Kimura, Mao Kondo, Makoto Taniguchi, Isao Kobayashi
  • Organizer: 第２６回小型魚類研究会