2015 Fiscal Year Annual Research Report
テロメアDNA損傷回避による造血幹細胞の老化抑制と体外増幅
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26293228
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
新井 文用 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90365403)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 造血幹細胞 / テロメア / DNA損傷応答 / 自己複製 / 細胞分裂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、造血幹細胞の老化に伴う自己複製・分化能の低下に関連して、細胞分裂制御の変化およびテロメアDNA損傷応答(テロメアDDR)の作用を明らかにし、テロメアDDRの抑制により、自己複製を誘導することを目的として研究を進めている。
1. 造血幹細胞の新たな老化の評価系の確立: 4週齢(young: Y)、8週齢(adult: A)、および1.5年齢(old: O)の造血幹細胞と前駆細胞の遺伝子発現プロファイルを学習させた人工ニューロンネットワーク(ANN)を用いて細胞分裂後の娘細胞ペアの遺伝子発現パターンを解析することにより、娘細胞ペアの分裂様式(A-A, A-O, O-O, Y-A, Y-O, Y-Yの6種類の分裂パターン)を分類し、細胞分裂による造血幹細胞の老化を直接的に評価することが可能となった。
2. Pot1aの導入による造血幹細胞の分裂様式の変化: 成体マウス造血幹細胞をPot1aの細胞膜透過性タンパク(MTM-Pot1a)存在下で培養し、娘細胞ペアの分裂様式をコロニーアッセイを用いて比較した。その結果、MTM-Pot1aによって2個の娘細胞の両方が多分化能を持つnmEMコロニー (n: 好中球, m: マクロファージ, E: 赤血球, M: 巨核球)となるペア(nmEM-nmEMペア)の頻度が増加することが分かった。
3. Pot1a以外のShelterin分子(Tpp1, Tin2)に加え、Pot1の核内移行に関わることが報告されているFoxp2のMTMタンパク、レトロウイルスの作製を行った。さらに、造血幹細胞にFoxp2を導入して培養を行ったところ、長期骨髄再構築能をもつ幹細胞分画が維持されることが分かった。
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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
1. 本研究では、老化に伴う造血幹細胞の機能障害と細胞分裂の異常についての関係性を明らかにすることを目的に研究を進めている。今回、ANNを用いた娘細胞の遺伝子発現プロファイルの分析により、これまでに行ってきた自己複製と分化を評価するための対称･非対処分裂(Stem(S)-S分裂、S-Progenitor(P)分裂、P-P分裂)の解析に加え、娘細胞ペアの老化パターンを解析することが可能となった。これは、Shelterin分子による幹細胞老化の抑制と自己複製能の維持の関連を解析する上で強力な手法となると考えられる。
2. MTM-Pot1aにより造血幹細胞の自己複製分裂の頻度が増加することが明らかになった(nmEM-nmEMペアの増加)。この結果から、Pot1aの導入による造血幹細胞の試験管内での維持には自己複製分裂の維持あるいは誘導が関わっていることが明らかとなった。
3. Foxp2により造血幹細胞分画を維持出来ることを見出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. これまでに、Pot1aの導入により、①造血幹細胞におけるテロメアDDRの抑制、②自己複製分裂の維持、③骨髄再構築能の維持がみられ、さらに④老化造血幹細胞の機能回復を誘導できることが明らかになっている。これらの結果から、当初の想定通り、造血幹細胞の自己複製能の低下には、分裂制御機構の異常とテロメアDDRが関わっている可能性が示唆される。そこで、ANNを用いた対称･非対処分裂の解析と併せて、娘細胞ペアの老化パターンの解析を行い、Pot1aによるテロメアDDR抑制と自己複製分裂の維持・誘導の直接的な関係を明らかにする。
2. Pot1aの細胞核内への移行にはTpp1-Tin2との複合体形成が重要であることから、Pot1a、Tpp1、Tin2を組み合わせて用いることで、より効率の高い幹細胞維持が可能となると考えられる。また、Pot1aはFoxp2との結合によって核内移行することも報告されている。そこで、これらの分子のMTMタンパク造血幹細胞に導入することにより、①自己複製を伴うS-SおよびS-P分裂の促進、②骨髄再構築能の亢進、③老化造血幹細胞の機能回復が見られるかを明らかにする。また併せて、ANNを用いた娘細胞ペアの老化パターンの解析を行いPot1a-Tpp1-Tin2複合体、Pot1a-Foxp2複合体により造血幹細胞の老化分裂を抑制できるか明らかにする。
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