2021 Fiscal Year Annual Research Report
Single cell analysis for tissue regeneration and lipid metabolism in skeletal muscle
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21H03331
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| Research Institution | Nippon Medical School |
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Principal Investigator |
小池 博之 日本医科大学, 医学部, 助教 (20821771)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 骨格筋幹細胞 / マクロファージ / 再生 / 炎症 / シングルセル解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋の再生は、骨格筋幹細胞が、活性化、増殖、分化という段階を経て筋線維へと成熟する過程を中心に進行する。この骨格筋幹細胞の成熟過程は周囲の間質細胞により制御されており、その一つにマクロファージの関与が報告されている。そこで、マクロファージがどのような分子により骨格筋幹細胞の機能を制御しているか明らかにすることを目的に、再生中のマウス骨格筋内の細胞のシングルセル解析を実施した。
取得した遺伝子発現プロファイルをもとに解析を行った結果、再生過程において活性化骨格筋幹細胞とマクロファージが取り交わしているシグナル経路の候補を発見した。候補分子を高頻度に発現するマクロファージサブタイプで特異的に発現している表面抗原マーカーについて探索を行った。当表面抗原を用いてマクロファージサブタイプをフローサイトメーターで単離することに成功した。
当マクロファージ亜集団が欠損したときに骨格筋再生が阻害されるか、試験管内で検証を行った。検証では、再生過程のマウス骨格筋由来細胞から構築した骨格筋オルガノイドを用いた。骨格筋幹細胞が筋線維へと成熟する過程で変動するマーカー遺伝子の発現解析を行ったところ、当マクロファージ亜集団を除いたときに活性化骨格筋幹細胞マーカーの発現が減少していることが確認された。また、免疫染色から、骨格筋線維への成熟が阻害されていることが確認された。以上の結果から、シングルセル解析で得られた骨格筋幹細胞とマクロファージ間での相互作用が、活性化骨格筋幹細胞の機能制御を介して、骨格筋再生に寄与している可能性が示唆された。
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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
計画書に沿って、1年目に行う予定であった計画を遂行した。具体的には、マウス骨格筋再生モデルを用いて、シングルセルRNAシークエンス解析およびシングルセルATACシークエンス解析を実施した。得られたシークエンスデータを用いて、多様なマクロファージ亜集団と骨格筋幹細胞との作用を解析した。解析によって、骨格筋幹細胞と関与の強いマクロファージ亜集団の特定、当マクロファージで特異的な表面抗原マーカーの探索、骨格筋幹細胞とマクロファージ亜集団で交わされる重要なシグナル経路の候補の抽出を実施した。特定されたマクロファージ亜集団の機能については骨格筋オルガノイドを用いて検証を行った。これらの成果をもとに、次年度も当初の計画書に沿って研究を進行していくことが期待できる。
以上のことから、現在までの進捗状況は、計画書に従っておおむね順調に進展しているものと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
シングルセル解析で得られたマクロファージ亜集団の機能検証については、骨格筋オルガノイドを用いて試験管内での検証を継続するとともに、生体内での機能解析を実施しする。具体的には、これまでに候補として抽出されたシグナル経路の阻害剤および中和抗体をマウスへ投与し、骨格筋再生が阻害されるか、活性化骨格筋幹細胞の頻度が減少するか検証する。
また、当マクロファージ亜集団がどのように出現しているか明らかにすることを試みる。色素を骨格筋再生モデルマウスへ投与し、経時的に解析することでマクロファージ亜集団の由来を探索する。シングルセル解析により系譜解析を併用し、再生過程において、どのような時期に当マクロファージ亜集団が生じるか明らかにすることを試みる。
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