2020 Fiscal Year Annual Research Report
A novel mechanism for mechanosensation in muscle stem cells
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20J22984
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
平野 航太郎 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 骨格筋 / 機械受容イオンチャネル / 筋衛星細胞 / 筋再生 / カルシウム / 生体内イメージング / 幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋の幹細胞である筋衛星細胞は、骨格筋を形成する筋線維の再生に必須である。筋衛星細胞が活性化し筋線維へと分化するために、筋衛星細胞への物理的刺激の感知（細胞力覚）が重要な役割を果たすが、筋衛星細胞の細胞力覚機構の詳細は明らかになっていない。本研究員はこれまでに、筋衛星細胞にも発現する、細胞膜に膜張力が加わることによって活性化する機械受容イオンチャネルPIEZO1に着目し研究を行ってきた。
当該年度の研究においては、筋衛星細胞特異的Piezo1欠損マウスを用いて、骨格筋再生時における詳細な解析を行なった。その結果Piezo1欠損マウスにおいて、増殖する筋衛星細胞数が減少していることを見出した。また、FACSにて単離した筋衛星細胞を用いて解析を行ったところ、筋衛星細胞ではPIEZO1に依存した自発的なCa2+流入とともに、Piezo1欠損細胞では生体内と同様な増殖能低下が認められた。
続いて、PIEZO1イオンチャネルの下流にて、どのような細胞内シグナル伝達を介して細胞増殖がもたらされるのか解明を試みた。先行研究にて、筋幹細胞の機能において低分子量Gタンパク質RhoAおよび細胞骨格の再編成が重要であるという知見に着想を得て、PIEZO1と同経路の関連に着目した。実際、RhoA活性化剤の添加により、Piezo1欠損に伴う幹細胞の増殖能低下が回復したことから、PIEZO1の下流経路にはRhoAが機能していることが示唆された。
以上の結果から、機械受容イオンチャネルPIEZO1は骨格筋幹細胞で機能することで、骨格筋再生に重要な役割を果たすことが明らかになった。
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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
2020年度の研究により、骨格筋再生時において機械受容イオンチャネルPIEZO1は筋衛星細胞の増殖を制御すること、さらに筋衛星細胞の自発的なCa2+流入にも影響を与えていることを見出した。また、多光子励起顕微鏡を用いた生体内で筋衛星細胞を観察することができる生体内イメージングの実験系を確立し、PIEZO1が筋衛星細胞の運動に寄与することを明らかにした。本手法を用いて、2021年度に計画している生体内での筋衛星細胞分裂時の観察、生体内Ca2+イメージングそして、生体内におけるPIEZO1の局在評価に活用することができる。これらの研究内容成果については、第 138 回 日本薬理学会近畿部会 2020 および第6回 日本筋学会学術集会にて発表した。以上の進捗状況から、当初の計画を基に本研究が概ね順調に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
・PIEZO1が筋衛星細胞のメカノセンサーであることを明らかにするため、筋衛星細胞特異的Piezo1欠損マウスより単離した筋衛星細胞を用いて、硬さの異なる基質上で培養することで、そのCa2+動態および筋衛星細胞の活性化・増殖・分化機構に着目し、解析を行う。
・PIEZO1-RhoA 経路の下流探索を行うべく、単離筋衛星細胞を用いて、想定される因子の阻害剤を添加し、確認を行う。また、単離筋衛星細胞のトランスクリプトーム・プロテオーム解析をはじめとした網羅的なアプローチも試みる。
・ 幹細胞に発現する機械受容イオンチャネルのうち、PIEZO1 以外に高発現する分子に着目し、筋衛星細胞特異的欠損マウスを作出、解析を行う。予備実験の結果、筋再生能の顕著な不全が認められたことから、今後の研究を通じ、筋幹細胞における機械受容チャネルの機能的な多様性とその意義について明らかにしたい。
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