Spatial trans-omics analysis of heterotopic ossification process and disease application

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19600
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Jin Yonghui 京都大学, 医生物学研究所, 助教 (90620344)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池川 雅哉 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (60381943)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 異所性骨化 / 空間的遺伝子発現解析 / 進行性骨化性線維異形成症

Outline of Final Research Achievements

Heterotopic ossification is a phenomenon in which bone forms in soft tissues and is caused by endochondral ossification through chondrogenesis. In this study, we used innovative analytical techniques: single-cell RNA sequencing analysis, spatial gene expression analysis, and imaging mass spectrometry, in a mouse model of fibrodysplasia ossificans progressiva, an inherited heterotopic ossification disease, to analyze the cell of origin and macrophages that play an important role in the formation of heterotopic bone. We analyzed at the single cell level that mitochondrial biosynthesis is elevated during the activation of progenitor cells and their differentiation into chondrocytes, and that inhibitor of mitochondrial activity inhibit their differentiation into chondrocytes. We also identified each subtype of macrophages and inferred their interaction with progenitor cells.

Free Research Field

幹細胞生物学、疾患病理学、再生医学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の最大の特徴は、組織学的解析、遺伝子発現解析、そしてエネルギー代謝解析という、これまで別個の解析として実施されていた3 種類の解析を最新の技術を用いて統合することで、異所性骨形成に関わる起源細胞と炎症細胞であるマクロファージを同一空間において、それぞれの増殖分化過程を把握することである。空間的情報を加味することにより、細胞間の相互作用を正確に把握することが可能となり、これまで隠されていた情報が得られることができ、極めて新規性の高い研究である。更にその成果は、進行性骨化性線維異形成症という難治性疾患の新規治療法の開発にも結びつく可能性が期待される。