2021 Fiscal Year Annual Research Report
Endothelial cell heterogeneity and mechanism of diseases
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20H03435
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
内藤 尚道 金沢大学, 医学系, 教授 (30570676)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂野 公彦 奈良県立医科大学, 医学部, 講師 (40865630)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 細胞多様性 / 血管内皮細胞 / 一細胞解析 / 疾患特異的血管内皮細胞 / 血管内皮幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
血管の内腔を覆う血管内皮細胞は、機能的・形態的に多様性に富む細胞集団であるが、現在の血管研究では、血管内皮細胞は本質的に全て同じであると考えられ、血管内皮細胞が示す細胞多様性は環境依存的であるとされている。私たちは、このような概念は必ずしも正確ではなく、血管内皮細胞には分化段階での細胞多様性が存在することを報告した。本研究では、これまでの研究を発展させ、血管内皮細胞を分離する特殊な技術と最先端の細胞解析技術である一細胞遺伝子発現解析を組み合わせる事で、血管内皮細胞の細胞多様性の解明に取り組み、新たな血管内皮細胞分類の確立を目指す。血管内皮細胞は腫瘍、虚血性疾患、炎症生疾患、線維性疾患を含む様々な疾患病態の形成に関与しているが、これらの疾患病態を解釈する際も、血管内皮細胞は均一であるとされ、血管内皮細胞の細胞多様性は考慮されていない。本研究では、血管内皮細胞の細胞多様性という概念を導入することで既存の概念を転換して、病態形成機序を捉え直す。
血管内皮細胞の細胞多様性を明らかにするために、最初に正常臓器の血管内皮細胞の一細胞解析を行った。UMAP圧縮にて血管内皮細胞を２次元で可視化して、血管内皮細胞を遺伝子発現に基づき分画化して、各分画で特異的に発現する遺伝子一覧を入手した。その上で各分画の機能解析に取り組んだ。昨年度は腫瘍モデル、虚血モデルの血管内皮細胞の細胞多様性解析を行った結果、両モデルで新たに出現する血管内皮細胞分画を認めた。また細胞間相互作用解析にて周囲の細胞との相互作用に関わる遺伝子を絞り込んだ。その結果、新たに出現した血管内皮細胞分画を含め、各細胞分画で特異的に相互作用する遺伝子を認めた。さらには、その一部を阻害すると血管機能を制御できる可能性を示唆する結果が得られた。また以前報告した血管内皮幹細胞分画から血管内皮細胞が出現している可能性を示す結果が得られた。
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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
本年度は最初に複数の疾患モデルを作製して予備検討を行った結果、腫瘍モデル及び虚血モデルで1細胞遺伝子発現解析を実施することとし、血管内皮細胞の細胞多様性解析に取り組んだ。その結果、疾患モデルにおいて野生型では認めない新たな細胞分画を同定した。またバイオインフォマティクス解析を駆使して、trajectory解析、RNA velocity解析を実施して、疾患モデルにおける細胞の変遷を推測した結果、細胞増殖の中心となる分画が存在する可能性が得られた。これは血管内細胞の増殖には幹細胞性を持つ血管内皮細胞が中心的な役割を果たすことを示した、これまでの報告と一致する結果あった。当初の研究計画では、これらの遺伝子発現情報をもとに血管内皮細胞分画の機能解析に取り組む予定であったが、機能的遺伝子の絞り込みが困難であったことから、血管内皮細胞と周囲の細胞との細胞間相互作用解析をおこない、血管内皮細胞分画の動態に影響を及ぼす可能性が高い因子の絞り込みをおこなった。その結果、分画化された血管内皮細胞に特異的な細胞間シグナルを多数同定する事ができた。同定した因子の機能解析を行なった結果、実際に血管の機能に影響を及ぼす因子が含まれていることが予備実験から明らかになった。現在さらに詳細な遺伝子機能解析に取り組んでいる。
また幹細胞性を持つ血管内皮細胞を生体内で標識できるモデルマウスの作製に取り組んだ。2022年4月にはマウスが完成予定である。以上から本研究は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 |
次年度以降も引き続きマウス疾患モデルを用いて疾患病態における血管内皮細胞の細胞多様性の意義を解明する。また血管内皮細胞分画を生体内で可視化するモデルマウスの作製に取り組むため、研究分担者と協力して研究を推進する。また2022年度には疾患特異的血管内皮細胞を標的とした血管の制御を、マウスモデルで実施する。具体的には細胞間相互作用解析の結果から得られた因子の阻害剤もしくは促進剤を用いて、腫瘍モデルまたは虚血モデルで疾患病態の改善（もしくは増悪）を目指す。さらにそのシグナルに関わる細胞内シグナルを同定する。また2021年度までに詳細な解析を実施できなかった炎症モデル・線維化モデルに研究対象を拡げて解析する。複数の疾患モデルの血管内皮細胞を、正常臓器の血管内皮細胞と比較することで、疾患特異的内皮細胞クラスターの存在を明確なものとし、そのクラスターに特異的な遺伝子を明らかにする。その上で、各疾患に特異的な血管内皮細胞分画を標的とした疾患制御法が可能であることを証明することで、疾患特異的血管内皮細胞標的治療の概念の確立を目指す。
また、幹細胞様の性質を示す血管内皮細胞を生体内で標識できるマウスの作製している。作製したマウスの解析を行い、幹細胞様の血管内皮細胞をGFPでラベリングした上で、疾患を誘導して、疾患病態における幹細胞様の血管内皮細胞の動態解析を行う。疾患病態に影響を及ぼす遺伝子に関しては、血管内皮細胞特異的KOマウスの入手、もしくは作製に取り組む。また血管内皮細胞の分画特異的遺伝子組み換えマウスの作製に取り組む。
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