2020 Fiscal Year Research-status Report
細胞外小胞を介した造血機能低下ネットワークの解明と治療応用
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20K21622
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| Research Institution | Foundation for Biomedical Research and Innovation at Kobe |
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Principal Investigator |
井上 大地 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(上席・主任研究員クラス) (80735746)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 骨髄異形成症候群 / クローン性造血 / エキソソーム / 間葉系幹細胞 / 骨芽細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加齢に伴うクローン性造血や骨髄異形成症候群（MDS）における障害を受けた造血幹細胞がどのように骨髄微小環境を改変し、残存する正常なはずの造血幹細胞の機能が低下するのか、未知の機構の解明に挑戦している。MDSクローン自体は増殖優位性を有しないものの、時間経過とともに骨髄内でドミナントとなる。この現象を解き明かすためには、造血幹細胞間の直接的な制御機構ではなく、周囲のニッチ環境が重要であるという仮説に基づいて取り組んでいる。興味深いことに、新たなメカニズムとして、クローン性造血幹細胞が分泌するエキソソーム等の細胞外小胞が間葉系幹細胞に間葉系幹細胞に取り込まれ骨芽細胞への分化を抑制し骨芽細胞由来のサポートを失うことで正常造血が阻害されることを、共培養実験およびマウスモデルを用いた移植実験により明らかとすることができた。実際に、MDS患者では骨形成の低下や骨量の減少が認められ、ヒトにおいても同様の機構の存在が示唆される。エキソソーム内には核酸成分が含まれるが、MDS細胞由来のエキソソームには骨分化を抑制するmiRNA群が含まれ、骨芽細胞への分化を抑制している現象をエキソソームと核酸双方に蛍光ラベルすることにより可視化することに成功した。また、腫瘍細胞の根絶に加えて骨形成を促進する薬剤を使用することで残存する正常造血幹細胞由来の機能が回復することを確認し、新たな治療応用につながる成果を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
正常造血幹細胞はMDSマウス由来の間葉系幹細胞との共培養下でコロニー形成能が著しく障害されたが、Bmp4を含む骨芽細胞への分化を促進する条件下で完全にレスキューされた。さらにMDS由来のエキソソームを含む細胞外小胞のみでコロニー形成の低下、in vivoでも骨の菲薄化とそれに付随する造血能の低下が認められた。ヒトMDSにおいても骨量の低下、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化障害、骨芽細胞への強制分化によるin vitroでの造血能の回復が認められた。続いて、作成したMDSマウスの造血幹細胞由来のエキソソームを用いてmiRNAアレイによる網羅的解析を行い、骨分化を抑制することが予想される13個のmiRNA群を同定し、その多くが間葉系幹細胞の骨芽細胞系列への分化を抑制していることを明らかとした。MDS由来のエキソソームを正常マウスに投与するだけでマウス造血能が低下すること、蛍光ラベルによる標識下でエキソソーム・miRNA共に間葉系幹細胞に取り込まれる現象が確認されたこと、エキソソーム分泌の阻害剤の投与下では正常造血機能が回復したことから、MDS細胞が分泌するエキソソーム内のmiRNAが病態の主役であると考えられた。さらに、年齢や性別を一致させた対照群に比べて、MDS患者では骨芽細胞の低下に加えて、腰椎のCT値が低下傾向にあり、病期の進行と骨量の低下の相関を認め、ヒト疾患におけるこれらの現象の重要性が裏付けられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
エキソソームの標的細胞への取り込み機構を詳細に解析し、間葉系幹細胞以外の血管内皮細胞などへの役割も検討する。メカニズムに基づいた新規治療の開発を目指す。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響による実験中断により、当初は初年度に可能と考えていたmiRNAライブラリの作成やマウス実験が次年度に延期となった結果、次年度使用額が生じた。そのため、低コストで行えるin vitro実験を多く行い予想を上回る成果を得ることができた。次年度はマウスを用いた治療応用に向けて、繰越分を使用していく予定である。
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