腸内分泌細胞構成の加齢変化とその制御機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K16143
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小山 明 (中島明) 京都大学, iPS細胞研究所, 特別研究員(RPD) (80868026)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 腸上皮 / 腸内分泌細胞 / 腸管ホルモン / 老化 / 代謝 / single cell RNA-seq / 腸オルガノイド / iPS細胞

Outline of Annual Research Achievements

腸内分泌細胞は、様々な腸管ホルモンを分泌し、消化液分泌、腸管運動、腸管免疫、食欲、代謝を制御する。腸内分泌細胞が、加齢に伴う腸の機能変化、発がんリスクの上昇、全身の恒常性破綻に与える影響はいまだ明らかではない。本研究では、トランスクリプトーム解析やiPS細胞、腸オルガノイド培養技術を用いて、腸内分泌細胞分化の加齢変化とその制御機構を明らかにすることを目的とする。
本年度は、腸内分泌細胞サブタイプの加齢変化を明らかにするために、若年マウス(2-3か月齢）と加齢マウス（22-26か月齢）由来腸上皮細胞のsingle cell RNA-seq解析を行った。しかしながら、腸内分泌細胞はシングルセル化処理に弱く、解析に十分な細胞数が得られなかった。その他の腸上皮細胞については、加齢に伴う細胞構成変化や遺伝子発現変化を検出することができた。加齢に伴い発現変動する遺伝子群の上流解析から、腸上皮の老化を制御するシグナル伝達経路の候補を複数得た。若年マウス由来の腸オルガノイドにおいて、候補シグナル伝達経路の活性を操作し、腸内分泌細胞増加を制御するシグナル伝達経路Xを見出した。また、このシグナル伝達経路Xについて、腸上皮組織における活性が加齢に伴い変化することを明らかにした。
腸内分泌細胞サブタイプの加齢変化の解析方法を、免疫組織染色あるいはin situ hybridizationを用いた手法に切り替えた。本年度は、腸管ホルモンに対する抗体を用いて免疫染色を行った結果、二つの腸内分泌細胞サブタイプについて、加齢変化を見出した。今後、残りの腸内分泌細胞サブタイプについても、加齢変化を解析する。
また、ヒト腸上皮における腸内分泌細胞分化の分子機序を明らかにするために、ヒトiPS細胞由来腸オルガノイドを用いる。本年度は、既報に基づき、ヒトiPS細胞から腸オルガノイドを作製した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は腸上皮細胞のsingle cell RNA-seq解析を行い、加齢に伴う腸上皮細胞の細胞構成変化や遺伝子発現変化を明らかにした。当初の目的であった、腸内分泌細胞サブタイプの解析はできなかったが、その他の細胞種におけるトランスクリプトーム解析をもとに、加齢に伴う腸内分泌細胞増加を制御するシグナル伝達経路を同定することができた。さらに、腸内分泌細胞サブタイプの加齢変化の分子機構を解析するための、マウス成体由来腸オルガノイドおよびヒトiPS細胞由来腸オルガノイド培養系を確立できたことから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、免疫組織染色やin situ hybridizationを用いて、各腸内分泌細胞サブタイプの加齢変化を解析する。これまでに、single cell RNA-seq解析と腸オルガノイド培養系を用いた解析から、腸上皮組織の加齢変化には複数のシグナル伝達経路が関与することを見出している。腸内分泌細胞系譜への分化能上昇を制御するシグナル伝達経路Xに加えて、別のシグナル伝達経路が腸内分泌細胞サブタイプ分化に関与する可能性がある。そこで今後は、複数のシグナル伝達経路の組み合わせが腸内分泌細胞サブタイプの分化に与える影響について、マウス腸オルガノイド培養系を用いて解析し、in vivoにおいて観察された腸内分泌細胞サブタイプの加齢変化との関連を明らかにする。また、ヒトiPS細胞由来腸オルガノイドを用いて、腸内分泌細胞サブタイプの分化機構が種を超えて保存されているのか検証する。