2022 Fiscal Year Annual Research Report
Downstream genes of signaling pathways implicated in human cardiovascular diseases: in vivo significance and regulatory mechanisms
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21H02890
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
中川 修 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 非常勤研究員 (40283593)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浦崎 明宏 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (40550083)
LAMRI LYNDA 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, リサーチフェロー (90883984)
原田 恭弘 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, リサーチフェロー (70911402)
垣花 優希 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, リサーチフェロー (40910534)
橋本 大輝 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, リサーチフェロー (40911342)
渡邉 裕介 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (20562333)
白石 公 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 客員研究員 (80295659)
岩朝 徹 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 医師 (80712843)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 先天性心血管疾患 / 遺伝性血管病 / シグナル伝達 / 遺伝子組換えマウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
私たちはNotchおよびALK1シグナル伝達系の異常が先天性心血管疾患および遺伝性血管病の病因・素因となることに着目し、特にNotchおよびALK1シグナル伝達系の下流ターゲット因子としてHey転写因子ファミリー・Tmem100膜タンパク質・Sgk1リン酸化酵素などを同定して、その生理的・病態生理的意義の検討を行っている。私達および他の研究者の研究を通して、これら遺伝子の欠損によってマウス胎仔が重篤な心血管形成異常を示して致死となることが明らかになっており、その発現制御・転写調節機構や分子機能メカニズムを検討することは重要である。今回の研究では、遺伝子組換えマウスモデルと組織学・生化学・分子生物学的手法を用いて、これらNotch・ALK1シグナルの下流ターゲット因子群について、その発現調節の中心となる転写制御ゲノム領域（エンハンサー）の同定を試みている。その結果、Hey1・Hey2・Tmem100・Sgk1の胎生期心臓あるいは血管系における特異的発現を規定するエンハンサー制御領域を特定することに成功し、これらのエンハンサーがエクソン領域や転写開始点から数十キロベース以上離れた遠位に存在するにもかかわらず、マウス胎仔における当該遺伝子の発現に重要な役割を有することを示した。そのエンハンサー領域を欠損させた遺伝子組換えマウスの表現型解析やエンハンサー領域に結合して活性制御を行う上流転写因子の同定を通して、これら遺伝子の発生期心血管形成における精緻な発現様式を決定する機構の一端を明らかにした。また、これらエンハンサーの特異的活性をツールとして利用した遺伝子組換えマウスモデルの作出も試み、心血管系細胞の起源を解析する新しい研究にも発展させている。
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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
先天性心血管疾患および遺伝性血管病の病因・素因に深く関与するNotchおよびALK1シグナル伝達系の下流ターゲット因子について、その発現制御・転写調節機構や分子機能メカニズムを検討することは重要である。実際、私たちがこれまでに同定した下流ターゲット因子であるHey転写因子ファミリー・Tmem100膜タンパク質・Sgk1リン酸化酵素などは、遺伝子欠損によってマウス胎仔が重篤な心血管形成異常を示して致死となることが明らかになっている。今回の研究において遺伝子組換えマウスモデルと組織学・生化学・分子生物学的手法を用いて、これらNotch・ALK1シグナル下流ターゲット因子群の転写調節に働くエンハンサー領域を同定し、生体モデルにおける転写活性制御機構およびエンハンサー領域変異における心血管発生への影響を検討したことは非常に重要な知見をもたらした。さらに、エンハンサー活性制御に直接働く転写調節因子を明らかにすることによって、NotchおよびALK1シグナル伝達系と他のシグナル伝達系の機能連関の場を示すことにも成功したと言える。これらの成果は、心臓・血管系の胎生期発生・形態形成機構の基礎的研究としてのみならず、ヒト先天性心血管疾患および遺伝性血管病疾患の病因・病態の分子機構解明の基盤としても重要と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究において、引き続き遺伝子組換えマウスモデルと複数の組織学・生化学・分子生物学的実験手法を組み合わせて、NotchおよびALK1シグナル伝達系を中心とした心臓・血管系の胎生期発生制御機構の研究を進める。特に、これまでに同定した下流ターゲット遺伝子エンハンサーを用いた新しい遺伝子組換えマウスモデルを活用して心臓・血管系を構成する心筋細胞・内皮細胞・血管平滑筋細胞などの起源・系譜を明らかにすること、エンハンサー活性の有無を指標にした心筋細胞・内皮細胞のカテゴリー細分化を行うことなどを想定している。一方、先天性心血管疾患および遺伝性血管病患者のゲノム変異とシグナル伝達分子の機能不全の関係についても研究を継続してゆく計画である。これらの研究によって、循環器系（心臓・血管系）の正常発生・形態形成を制御するシグナル伝達機構の詳細と、先天性心血管疾患および遺伝性血管病への関与について知見を得ることを試みる。
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