Manipulating histone modification to induce cardiac proliferation and heart regeneration

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K17070
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 広藤 愛菜 旭川医科大学, 医学部, 客員助教 (70847516)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 心臓再生 / 心筋細胞分裂 / ヒストン修飾 / H3K9me3

Outline of Annual Research Achievements

哺乳動物では心筋細胞が十分な分裂能力を持っていないため、心臓の再生が起こらないと考えられている。我々は、心筋細胞の分裂を抑制するメカニズムに、メチル化ヒストン修飾H3K9me3が関与することを以前に発見した。本研究では、H3K9me3が心筋細胞の分裂を制御するメカニズムを解明し、H3K9me3を標的として心筋を再生することができるかどうかを明らかにする。H3K9me3はヒストン脱メチル化酵素のKDM4Dにより消去されるため、心筋細胞特異的にKDM4Dを発現する遺伝子改変マウス(cKDM4Dマウス)および、KDM4Dを発現するアデノ随伴ベクター(AAV-KDM4D)を用いて実験を行う。
2020年度は、cKDM4Dマウスの心筋細胞を用いた網羅的トランスクリプトーム解析を行い、H3K9me3を消去した心筋細胞では非遺伝子領域からの転写発現が増加していることを明らかにし、心筋細胞の分裂制御への関与を示唆する結果を得ている。さらに、心筋細胞の分裂を制御する可能性を持つ、H3K9me3の標的遺伝子を複数同定した。また、AAV-KDM4Dを用いて心筋細胞でH3K9me3を消去できることを確認し、cKDM4Dマウスで得られた結果と同様の結果が再現されている。2021年度は、AAV-KDM4Dを用いて心臓の再生が可能かどうかを、マウスの心筋梗塞モデルを使い検討を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度に、cKDM4Dマウスを用いて、H3K9me3の脱メチル化が心筋細胞のトランスクリプトームに与える影響を明らかにし、心筋細胞の分裂制御におけるH3K9me3のゲノムワイドな役割に関して計画していた以上の進展があった。また、AAV-KDM4Dの作成とベクター機能のバリデーションは終え、予定していた病態モデルで検討は直ぐに始められる状態にある。

Strategy for Future Research Activity

予定通りAAV-KDM4Dを用いて、心筋の再生が可能かどうかをマウスの心筋梗塞モデルで検討を行う。一方、ヒストンメチル基転移酵素の阻害剤(Chaetocin)を用いてH3K9me3レベルを抑制する実験も計画していたが、初代培養心筋細胞を用いた予備検討の結果、Chaetocinは有効濃度領域では心筋細胞において十分なH3K9me3の抑制効果を示さなかった。それゆえ、AAV-KDM4Dを用いた実験を優先的に行う。また、網羅的トランスクリプトーム解析から明らかとなった、H3K9me3の標的となっている非遺伝子領域の転写物が心筋細胞の分裂制御に関与するかどうか、新たな遺伝子改変動物を用いて詳細に解析する。