Analysis of the mechanisms of organ formation by cell-cell and cell-extracellular communications

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03898
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 岩本 勉 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (90346916)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 朗仁 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (50244083)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 歯の発生 / 細胞外圧 / Piezo1 / 前エナメル芽細胞

Outline of Annual Research Achievements

多細胞生物体であるわれわれの個々の細胞は，周囲の細胞や細胞自身を取り囲む細胞外環境と相互作用することによって，厳密，かつ絶妙なバランスでその分化運命が決定され，それぞれが専門化した役割を担った細胞となり，その集合体によって最終的に精巧な器官を構築する。つまり細胞を取り巻く細胞外環境は，器官形成における決定的な制御因子となる。本研究では，細胞―細胞間および細胞―細胞外環境間におけるシグナルが細胞分化に及ぼす影響を解析し，器官発生，形態形成を統合的に理解し，その原理解明を目的とし，歯の発生過程解明を目指している。
これまで，骨髄由来および脱落歯乳歯由来間葉系幹細胞に，オリジナル変圧培養装置を用いて，静水圧を負荷することにより，骨芽細胞や象牙芽細胞への分化を促進させ得ることを見出した。さらに，静水圧に応答し骨および歯の間葉系幹細胞の分化運命に関わる分子として，メカノセンサーチャネルPiezo1を同定した。この過程で，低酸素誘導因子HIF1aが核移行する傾向を認めた。一方で，Piezo1を活性化した場合に，有意にHIF1aが核移行を示したため，Piezo1を介したメカノトランスダクションのターゲット分子の１つとしてHIF1aが関与していることが示唆された。
また，3分画に分けた血清成分の細胞増殖および分化に及ぼす影響解析実験において，細胞分化を促進するターゲット分子として，数種類の分子を同定し，現在確認実験を行っている。
また，新規遺伝子解析においては，新規の前エナメル芽細胞特異的細胞外基質蛋白を同定し，その発現をNorthen blotting法，in situ hybridization法にて解析し，ノックアウトマウス作成に着手した。
本年度に得られた知見を元にさらに研究を発展させていく。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Piezo1の解析について，当初予定をしていた酸素分圧やpH，モルフォゲンの有無の影響の解析がやや遅れをとっているが，当初予定をしていなかった新規のシグナルカスケードを同定できたことから新たな知見の創出が可能となった。また，バイオインフォマティックス解析を用いた新規分子の同定において，これまでに報告のない前エナメル芽細胞特異的細胞外基質の同定に成功し，解析が計画以上に進んでいる。総じて，おおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

今後の2年間はこの1年で得られた知見をより発展させていく。特に，歯の発生に重要な役割を担うことが予想される新規の前エナメル芽細胞特異的細胞外基質分子については，新たな概念や新規の細胞分化誘導法の開発において，期待されることから，ノックアウトマウスを用いた解析を進めていく。また，Piezo1の役割解明においても新たな細胞外カスケードを見つけることができたため，成果発表を行う。大学院生を中心に研究チームを編成していることもあり，コロナウイルス感染拡大による緊急事態宣言発出等は研究活動に影響があった。初年度の成果発表が全くできなかったため，次年度から精力的に行っていく予定である。