2022 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of regulatory mechanism of intestinal stem cell proliferation and differentiation via non-neuronal acetylcholine receptors

Research Project

Project/Area Number	20K06751
Research Institution	Suntory Foundation for Life Sciences
Principal Investigator	高橋俊雄公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・統合生体分子機能研究部, 主席研究員 (20390792)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	非神経性アセチルコリン / オルガノイド / 腸幹細胞 / シグナル伝達経路 / 分化 / 増殖 / 組織形成 / 生体分子
Outline of Annual Research Achievements	１）代謝型ACh受容体を介した非神経性AChの幹細胞制御アセチルコリン（ACh）が代謝型mAChRs（M1, M2, M3）を介して腸幹細胞の維持と分化抑制に関与することを腸オルガノイド培養系を用いた薬理実験により突き止めている。そこで、5種類全ての代謝型mAChRサブタイプのノックアウトマウス（KOマウス）を解析したところ、代謝型M3-KOマウスでは、クリプトサイズが増大し、腸幹細胞の分化・増殖が促進されていた。さらに、RNA-Seq解析により、細胞増殖に関与するEphB/ephrin-B及びその下流域で働くMAPK/ERKシグナルが活性化されていることを見出した。２）チャネル型ACh受容体を介した非神経性AChの幹細胞制御チャネル型nAChRsの役割について、腸オルガノイド培養系を用いた薬理実験及びRNA-Seq解析から、Wntシグナルを介して腸幹細胞の分化・増殖が促進されることを明らかにした。また、腸幹細胞制御に関与するチャネル型nAChRsはα2β4サブタイプで、腸幹細胞に隣接するパネート細胞に局在することを見出した。そこで、β4-KOキメラマウスの解析を行ったところ、クリプトサイズの減少が見られた。このクリプトサイズの減少は、パネート細胞を介した腸幹細胞の制御であり、その制御はHippo-Notchシグナル伝達経路によることが示唆された。３）代謝型とチャネル型ACh受容体との機能的相互作用上記の結果から、代謝型M3（分化・増殖抑制）とチャネル型α2β4（分化・増殖促進）を介したAChの拮抗作用による腸幹細胞の制御が考えられた。また、先行研究として、タフト細胞にACh合成酵素が発現していることが明らかにされている。本研究により、腸幹細胞の幹細胞性を支えるAChシグナリングが明らかとなり新たなホメオスタシスの維持機構を提唱できると期待している。