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2021 Fiscal Year Annual Research Report

The novel differentiation method in pluripotent stem cells without using gene introduction or cytokine stimulation.

Research Project

Project/Area Number 20H04510
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

出沢 真理  東北大学, 医学系研究科, 教授 (50272323)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
KeywordsMuse細胞 / 多能性幹細胞 / 貪食 / 分化 / eat-me signal
Outline of Annual Research Achievements

1)Muse細胞の貪食に関わる受容体はCD36, beta3-Integrin, CD91, RAGEが主で、マクロファージとは異なる発現が確認された。この4受容体を同時に抑制するsiRNAをMuse細胞に導入し心筋細胞由来の死細胞片を投与すると、Muse細胞の心筋分化が抑制された。脳梗塞モデル梗塞部位に局所投与しても、神経細胞への分化が有意に阻害された。Muse細胞ではモデル細胞(分化細胞)の死細胞片を貪食することで、分化細胞と同じ系統に選択的に分化する機構が示唆された。
2)ヒトMuse細胞に、マウス・ラット由来の心筋細胞(中胚葉系)、神経細胞(外胚葉系)、肝細胞(内胚葉系)由来の死細胞片を貪食させたものと、無処理ヒトMuse細胞とをsingle cell RNA seqで比較した。Muse細胞が貪食によって無処理の状態から大きく離れて分化経路を辿ること、貪食によって系統特異的なマーカーを発現していた。
3)mCherry-GATA-4のfusion蛋白を発現するマウス心筋細胞の死細胞片を貪食すると、Muse細胞の細胞質および核内にmCherry-GATA-4が検出され、ChIP sequenceによってMuse細胞のGATA-4, Nkx2.5等のプロモーターに貪食由来のmCherry-GATA-4が結合していることが示された。
4)心筋、神経細胞の死細胞片を投与し分化させたMuse細胞を Boyden chamberを用いて傷害心筋・神経組織と培養すると機能性マーカーの発現が増強した。
5)ES細胞、iPS細胞は貪食をほとんど示さないことが確認された。Muse細胞では90%以上が貪食するが、ES, iPS細胞では5%以下であり、貪食受容体もRAGEが低く発現するが他の受容体はほとんど発現していなかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

1)Muse細胞の貪食に関わる受容体、2)single cell RNA seqを用いた分化の解析、3)ChIP sequenceを用いた死細胞由来の転写因子がMuse細胞のゲノムに結合し分化を誘導していることの証明、4)Boyden chamberを用いて傷害心筋・神経組織と培養することで機能性マーカーの発現が増強、などは順調に進展している。一方でES細胞、iPS細胞は貪食をほとんど示さないことが確認されたことは、予想外の事実で、実験を計画した当初は見通せないことであった。ES細胞、iPS細胞の本来の素質であり、体に備わっている耐性幹細胞であるMuse細胞とは細胞内メカニズムが大きく異なっていると考えられる。この点をさらに深めるために、次年度は他の体性幹細胞、たとえば間葉系幹細胞や神経幹細胞などを用いた研究に軸足を移すことを計画している。

Strategy for Future Research Activity

1)貪食によるMuse細胞分化の機能性の解析
分化細胞の死細胞片の貪食によってMuse細胞は分化細胞と同じ系列の細胞に分化を開始することがこれまでの研究でわかってきた。そこでどの程度までの分化が貪食によって始動されるのかを解析する。ヒトMuse細胞に、マウス・ラット由来の心筋(中胚葉系)、神経細胞(外胚葉系)、肝細胞(内胚葉系)由来の死細胞片を貪食させて、それぞれの分化マーカーを初期、中期、後期の分化マーカーに分けて発現の有無をqPCR等で検証する。さらに心筋分化、神経分化においては、細胞外のK+濃度を上昇させることによる細胞内Ca2+の上昇をGCaMPを導入したMuse細胞を用いることで検証し、マーカーだけでなく、電気生理学的な機能性がどの程度まで獲得されているのか、などを検証する。
2)single cell RNA seqによって貪食で分化誘導されたMuse細胞が、本来の分化細胞とどの程度類似するかの検証を行う。無処理のMuse細胞、マウス由来の心筋細胞の死細胞片を貪食させたMuse細胞、そしてヒトの心筋細胞株(AC16)の三者を比較検討し、貪食したMuse細胞はどの程度無処理の細胞と異なるのか、またどの程度本来の心筋細胞AC16と類似するのかを調べる。
3)ES, iPS細胞は貪食能がほとんどないため、このシステムによる分化誘導に適していないことがわかった。そこで他の幹細胞、たとえば間葉系幹細胞(MSC)、神経幹細胞(NSC)でMuse細胞と同様に貪食によって分化が新たに誘導されるのか、あるいは分化が増強されるのかを検討する。MSC, NSCでも貪食能があるのかを検証する。次にヒトMSCにマウス・ラットの軟骨細胞・脂肪細胞の死細胞片を、またラットNSCにヒト神経芽細胞の死細胞片を貪食させ、Muse細胞以外の幹細胞でも貪食によって分化するのかを検討する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 9 results)

  • [Journal Article] Intravenous injection of human multilineage-differentiating stress-enduring cells alleviates mouse severe acute pancreatitis without immunosuppressants2022

    • Author(s)
      Fukase Masahiko、Sakata Naoaki、Kushida Yoshihiro、Wakao Shohei、Unno Michiaki、Dezawa Mari
    • Journal Title

      Surgery Today

      Volume: 52 Pages: 603~615

    • DOI

      10.1007/s00595-021-02382-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Human Muse cells reduce myocardial infarct size and improve cardiac function without causing arrythmias in a swine model of acute myocardial infarction2022

    • Author(s)
      Yamada Yoshihisa、Minatoguchi Shingo、Baba Shinya、Shibata Sanae、Takashima Satoshi、Wakao Shohei、Okura Hiroyuki、Dezawa Mari、Minatoguchi Shinya
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 17 Pages: 1~2

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0265347

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Protection of liver sinusoids by intravenous administration of human Muse cells in a rat extra‐small partial liver transplantation model2021

    • Author(s)
      Shono Yoshihiro、Kushida Yoshihiro、Wakao Shohei、Kuroda Yasumasa、Unno Michiaki、Kamei Takashi、Miyagi Shigehito、Dezawa Mari
    • Journal Title

      American Journal of Transplantation

      Volume: 21 Pages: 2025~2039

    • DOI

      10.1111/ajt.16461

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Intravenously delivered multilineage-differentiating stress enduring cells dampen excessive glutamate metabolism and microglial activation in experimental perinatal hypoxic ischemic encephalopathy2021

    • Author(s)
      Suzuki Toshihiko、Sato Yoshiaki、Kushida Yoshihiro、Tsuji Masahiro、Wakao Shohei、Ueda Kazuto、Imai Kenji、Iitani Yukako、Shimizu Shinobu、Hida Hideki、Temma Takashi、Saito Shigeyoshi、Iida Hidehiro、Mizuno Masaaki、Takahashi Yoshiyuki、Dezawa Mari、Borlongan Cesar V、Hayakawa Masahiro
    • Journal Title

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      Volume: 41 Pages: 1707~1720

    • DOI

      10.1177/0271678X20972656

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Medical innovation by non-tumorigenic reparative pluripotent Muse cells2021

    • Author(s)
      Mari Dezawa
    • Organizer
      International Association of Neurorestoratology(IANR)XIII Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Multilineage differentiating stress enduring (Muse) cells2021

    • Author(s)
      Mari Dezawa
    • Organizer
      The International Master’s program in “Regenerative Medicine and Tissue Engineering”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Muse細胞がもたらす未来の医療2021

    • Author(s)
      出沢 真理
    • Organizer
      2021薬物動態談話会セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Medical innovation by endogenous pluripotent Muse cells; recent advances of basic research and clinical trials2021

    • Author(s)
      Mari Dezawa
    • Organizer
      the 13th Pan Pacific Symposium on Stem Cells and Cancer Research(PPSSC 2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Muse細胞のもたらす医療イノベーション2021

    • Author(s)
      出沢 真理
    • Organizer
      第57回日本移植学会総会
    • Invited
  • [Presentation] Challenge to medical innovation by non-tumorigenic endogenous reparative Muse cells2021

    • Author(s)
      Mari Dezawa
    • Organizer
      Federation of Stem Cell Associations First International STEMNET MEETING
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Muse細胞のもたらす医療イノベーション2021

    • Author(s)
      出沢 真理
    • Organizer
      第5回学術推進会議
    • Invited
  • [Presentation] Muse細胞のもたらす医療イノベーション2021

    • Author(s)
      出沢 真理
    • Organizer
      弘前大学・整形外科学Ⅱ
    • Invited
  • [Presentation] Muse細胞のもたらす医療イノベーション2021

    • Author(s)
      出沢 真理
    • Organizer
      第42回日本臨床薬理学会学術集会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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