心筋細胞の発生学的成熟化スイッチの解明と、ヒトiPS細胞由来心筋細胞への応用

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K07335
• Research Institution: Kansai Medical University
• Principal Investigator: 服部 文幸 関西医科大学, 医学部, 教授 (50398624)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 心筋細胞 / 成熟 / 移植

Outline of Annual Research Achievements

ヒトiPS細胞から分化させた様々な細胞種を創薬応用するにあたって、共通する最大の問題点の一つは、これらが体細胞としての成熟性が低いために、薬剤候補物質の安全および有効性の推定に限界が生じることである。本研究代表者は、ヒトiPS細胞由来心筋細胞の移植による心臓再生医療を開発する中で、これらの未熟性を改善する方法を探索した。この結果、特定の発生段階において心筋細胞の成熟におけるスイッチがオンになるという新しい知見を得た。本研究では、心筋細胞成熟化に必須なスイッチの構成要素を明らかにしようと試みた。心臓は、心筋細胞とこれよりも数の多い非心筋細胞によって構成されている。これゆえ、心臓全体を用いた遺伝子発現の比較解析では、心筋細胞の遺伝子変化が見落とされ、非心筋細胞における変化を心筋における遺伝子発現変化と混同する可能性がある。我々が開発したミトコンドリア含有量を指標として心臓から心筋細胞と非心筋細胞を分取する方法を用い、成熟スイッチの一つが存在する発生時期の前後で心筋細胞を精製した。これらの網羅的遺伝子発現の比較解析を実施し、４倍以上の差異を示す８７４遺伝子を見出した。続いてこれらの遺伝子調節における上流解析を実施した結果、１８の外部刺激因子が予測された。これらの因子単独で精製したヒトiPS細胞由来心筋細胞に添加したところ、様々な形態的変化を見出した。さらに上記ラット心筋における遺伝子比較アレイで１０倍以上変化した１８５遺伝子に関して、ヒトiPS細胞由来精製心筋細胞、ヒト発生前期胎児心臓、ヒト発生後期胎児心臓、成人ヒト心臓における遺伝子発現変化を確認し、オリジナルの未熟マーカー１３種、成熟マーカー１６種を選定した。心筋成熟スイッチ候補因子群の単独添加した心筋細胞において遺伝子発現の変化を測定したところ、成熟性を上昇させ未熟性を低下させる効果が示唆された。