細胞内代謝と微小環境の制御による、ヒトES・iPS細胞由来造血幹細胞の維持増幅

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26670498
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中畑 龍俊 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (20110744)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 造血幹細胞 / ES/iPS細胞 / 移植・再生医療 / 臨床応用 / 細胞内代謝

Outline of Annual Research Achievements

H26年度は臍帯血及びヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞においてマトリクスからのシグナルや酸素濃度、化合物の違いがどのような細胞プロファイルの変動をもたらすか解析した。
まず、基礎データとして臍帯血CD34陽性細胞を種々の低分子化合物によって刺激し、in vitroのメチルセルロースコロニー形成実験およびin vivoの免疫不全（NOG）マウスへの移植を併用して幹細胞能維持増殖の評価を行った。その結果、サイトカインを用いず、Wnt刺激およびHIF1a活性化を誘導する特定の低分子化合物と特定の組み換えマトリクスを用い、メチルセルロースコロニー形成能で高い造血幹細胞維持増殖を示す組み合わせを見出した。興味深いことに、NOGマウスへの移植実験においても、当該方法で増幅した細胞は他法に比べ早期から高い生着率を示すだけでなく、連続移植実験でも生着を認め、造血幹細胞能を保持していることが示唆された。現在、段階希釈した移植実験によるSRC（Scid-repopulating cell）の頻度測定を進めている。また、本法で確立した組み合わせからどのひとつの化合物を除いても、上記の幹細胞増幅能は失われ分化細胞が増加することが明らかになった。すなわち本法で活性化される複数経路のシグナルネットワークが、生体由来造血幹細胞の維持増幅に重要であることが示された。
次に、これらの低分子化合物及びマトリクスからの刺激が、ヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞に対しても同様に維持増幅活性をもたらすか、in vitroとin vivoの両面で測定を開始した。今のところ、同一の刺激では臍帯血由来の造血幹細胞と異なりvitro vivo両面で幹細胞能を示す細胞の有意な増殖を得るには至っておらず、引き続き検討予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒト造血幹細胞が含まれる臍帯血CD34陽性細胞をWnt刺激およびHIF1a活性化を誘導する特定の低分子化合物と特定の組み換えマトリクスを用い、既知のサイトカインを用いることなく造血幹細胞維持増殖を示す組み合わせを見出した。本研究を進める上での大きな足がかりが得られた。同じ組み合わせではヒトES/iPS細胞からは造血幹細胞は得られていないことから、更なる組み合わせを用いた検討が必要と考えられる。
研究は目的に向かってほぼ予定通り順調に進んでいると自己評価している。

Strategy for Future Research Activity

H27年度は、引き続き造血幹細胞の維持増幅に関わる細胞内ネットワークを明らかにし、その知見を元にヒト多能性幹細胞からの造血幹細胞誘導・維持増幅法の開発を試みる。
H26年度の進捗により明らかとなった、臍帯血造血幹細胞を効率よく維持しつつ増幅可能な培養条件をもとに、マトリクスからのシグナルや酸素濃度、化合物の違いがHIF1、Wnt、mTORなどのシグナル経路にどのような変動をもたらすか、分化ステージごとに詳細に解析し明らかにする。また、臍帯血造血幹細胞との性質の違いにより、同一の培養条件でもヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞で活性化されるシグナルネットワークが、臍帯血由来造血幹細胞のそれと異なる可能性は十分に考えられる。その場合、そうしたデータを元にシグナル経路の新たな補完を行うことで、ヒトES/iPS細胞由来造血細胞から造血幹細胞を誘導・維持増幅可能な手法を引き続き検証する。

Research Products

• [Journal Article] In vitro expansion of CD34+CD38-cells under stimulation with hematopoietic growth factors on AGM-S3 cells in juvenile myelomonocytic leukemia. (2015)
  • Author(s): Sakashita K, Kato I, Daifu T, Saida S, Hiramatsu H, Nishinaka Y, Ebihara Y, Ma F, Matsuda K, Saito S, Hirabayashi K, Kurata T, Uyen LT, Nakazawa Y, Tsuji K, Heike T, Nakahata T, Koike K.
  • Journal Title: Leukemia Volume: 29 Pages: 606-14
  • DOI: 10.1038/leu.2014.239.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced chondrogenesis of induced pluripotent stem cells from patients with neonatal-onset multisystem inframmatory disease occurs via the caspase 1-indipendent cAMP/protein kinase. (2015)
  • Author(s): Yokoyama K., Ikeya M., Umeda K., OdaH., Nodomi S., Nasu A., Matsumoto Y., Izawa K., Horigume K., Kusaka T., Tanaka T., Saito MK., Yasumi T., Nishikomori R., Ohara O., Nakayama N., Nakahata T., Heike T., Toguchida J.
  • Journal Title: Arthritis and Rheumatism Volume: 67 Pages: 302-34
  • DOI: 10.1002/art.38912
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pluripotent cell models of Fanconi anemia identify the early pathological defect in human hemoangiogenic progenitors. (2015)
  • Author(s): Suzuki N, Niwa A, Yabe M, Hira A, Okada C, Amano N, Watanabe A, Watanabe K, Heike T., Takata M., Nakahata T., Saito M
  • Journal Title: Stem Cells Translational Medicine Volume: 4 Pages: 333-8
  • DOI: 10.5966/sctm.2013-0172.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Modeling the early phenotype at the neuromuscular junction of spinal muscular atrophy using patient-derived iPSCs. (2015)
  • Author(s): Yoshida M., Kitaoka S.,Egawa N., Yamane M., IkedaR., Tsukita K., Amano N., Watanabe A., Morimoto M., Takahashi J., Hosoi H., Nakahata T., Inoue H., Saito M.K.
  • Journal Title: Stem Cell Reports. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2015.02.010.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] iPS細胞からHTSに耐えうる疾患モデル評価系の構築 (2015)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Journal Title: 国際医薬品情報 Volume: 1025 Pages: 25-27
• [Journal Article] 特集によせて（iPS細胞を用いた難病研究－臨床病態解明と創薬に向けた研究の最新知見） (2015)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Journal Title: 遺伝子医学MOOK Volume: 27 Pages: 23-26
• [Journal Article] The clinical utility of genetic testing for t(8;16)(p11;p13) in congenital acute myeloid leukemia. (2014)
  • Author(s): Daifu T., Kato I., Kozuki K., Umeda K., Hiramatsu H., Watanabe K., Kamiya I., Taki T., Nakahata T., Heike T., Adachi S.
  • Journal Title: J Pediatr Hematol Oncol. Volume: 36 Pages: e325-7
  • DOI: 10.1097/MPH.0000000000000099.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic correction of HAX1 in induced pluripotent stem cells from a patient with severe congenital neutropenia improves defective granulopoiesis. (2014)
  • Author(s): Morishima T, Watanabe KI, Niwa A, Hirai H, Saida S, Tanaka T, Kato I, Umeda K, Hiramatsu H, Saito MK, Matsubara K, Adachi S, Kobayashi M, Nakahata T, Heike T.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 99 Pages: 19-27
  • DOI: 10.3324/haematol.2013.083873.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peripheral blood lymphocyte telomere length as a predictor of response to immunosuppressive therapy in childhood aplastic anemia. (2014)
  • Author(s): Sakaguchi H, Nishio N, Hama A, Kawashima N, Wang X, Narita A, Doisaki S, Xu Y, Muramatsu H, Yoshida N, Takahashi Y, Kudo K, Moritake H, Nakamura K, Kobayashi R, Ito E, Yabe H, Ohga S, Ohara A, Kojima S
  • Journal Title: Haematologica Volume: 99 Pages: 1312-6
  • DOI: 10.3324/haematol.2013.091165.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical characteristics of 15 children with juvenile myelomonocytic 1 leukemia who developed blast crisis: MDS Committee of Japanese Society of Pediatric Hematology/Oncology (JSPHO). (2014)
  • Author(s): Honda Y., Tsuchida M.,, Zaike Y., Masunaga A., Yoshimi A., Kojima S., Ito M., Kikuchi A., Nakahata T., Manabe A.
  • Journal Title: Br J Haematol. Volume: 165 Pages: 682-7
  • DOI: 10.1111/bjh.12796.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical characteristics and treatment outcome in 65 cases with refractory cytopenia of childhood defined according to the WHO 2008 classification. (2014)
  • Author(s): Hasegawa D, Chen X, Hirabayashi S, Ishida Y, Watanabe S, Zaike Y, Tsuchida M, Masunaga A, Yoshimi A, Hama A, Kojima S, Ito M, Nakahata T, Manabe A.
  • Journal Title: Br J Haematol. Volume: 166 Pages: 758-66
  • DOI: 10.1111/bjh.12955.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multicolor staining of globin subtypes reveals impaired globin switching during erythropoiesis in human pluripotent stem cells. (2014)
  • Author(s): Ochi K., Takayama N., Hirose S., Nakahata T.,Nakauchi H., Eto K.
  • Journal Title: Stem Cells Transl Med. Volume: 3 Pages: 792-800
  • DOI: 10.5966/sctm.2013-0216.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Derivation of Mesenchymal Stromal Cells from Pluripotent Stem Cells through a Neural Crest Lineage using Small Molecule Compounds with Defined Media. (2014)
  • Author(s): Fukuta M, Nakai Y, Kirino K, Nakagawa M, Sekiguchi K, Nagata S, Matsumoto Y, Yamamoto T, Umeda K, Heike T, Okumura N, Koizumi N, Sato T, Nakahata T, Saito M, Otsuka T, Kinoshita S, Ueno M, Ikeya M, Toguchida J.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e112291
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0112291.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytogetics and clinical features of pediatric myelodysplastic syndrome in Japan. (2014)
  • Author(s): Moriwaki K., Manabe A., Taketani T., Kikuchi A., Nakahata T., Hayashi Y.
  • Journal Title: Int. J. Hematol. Volume: 100 Pages: 478-484
  • DOI: 10.1007/s12185-014-1674-z.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] iPS細胞の小児がん治療への様々な応用 (2015)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 東京都福祉保健局委託事業小児がん早期診断推進研修会 公開シンポジウム「小児がん治療の現在」
  • Place of Presentation: 聖路加国際大学アリス・C・セントジョンメモリアルホール
  • Year and Date: 2015-02-11 – 2015-02-11
  • Invited
• [Presentation] Risk-Oriented Therapy for Myeloid Leukemia of Down Syndrome: A Nationwide Prospective Study By the Japanese Pediatric Leukemia / Lymphoma Study Group (JPLSG). (2014)
  • Author(s): Taga T, Watanabe T , Kudo K, Tomizawa D, Terui K, Moritake H, Kinoshita A, Iwamoto S, Nakayama H, Takahashi H, Shimada A, Taki T, Toki T, Ito E, Goto H, Koh K, A.M. Saito, Horibe K, Nakahata T, Tawa A, Adachi S
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the AMERICAN SOCIETY of HEMATOLOGY
  • Place of Presentation: Mascone Convention Center(San Francisco,USA)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-09
• [Presentation] High Event-Free Survival Rate with Minimum-Dose-Anthracycline Treatment in Childhood Acute Promyelocytic Leukemia: A Nationwide Prospective Study By the Japanese Pediatric Leukemia / Lymphoma Study Group (JPLSG). (2014)
  • Author(s): Takahashi H, Watanabe T, Kinoshita A, Y, Moritake H, Terui K, Iwamoto S, Nakayama H, Shimada A, Kudo K, Taki T, Yabe M, Matsushita H, Yamashita Y, Koike K, Ogawa A, Kosaka Y, Tomizawa D, Taga T, A.K.Saito, Horibe K, Nakahata T, Miyachi H, Tawa A,Adachi S
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the AMERICAN SOCIETY of HEMATOLOGY
  • Place of Presentation: Mascone Convention Center(San Francisco,USA)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-09
• [Presentation] Exploring the Pathogenesis of Down Syndrome-Related Myeloproliferative Disorders Using iPSCs. (2014)
  • Author(s): Nishinaka Yoko, Akira Niwa, Mitsujiro Osawa,, Akira Watanabe, Tatsutoshi Nakahata,, Megumu K Saito
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the AMERICAN SOCIETY of HEMATOLOGY
  • Place of Presentation: Mascone Convention Center(San Francisco,USA)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-09
• [Presentation] Hematopoietic Stem Cell Transplantation for Patients with Refractory Cytopenia of Childhood. (2014)
  • Author(s): Daisuke Hasegawa , Shinsuke Hirabayashi , Shizuka Watanabe, Yuji Zaike , Masahiro Tsuchida,Atsuko Masunaga, Ayami Yoshimi, Asahito Hama, Seiji Kojima, Masafumi Ito, Tatsutoshi Nakahata, Atsushi Manabe
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the AMERICAN SOCIETY of HEMATOLOGY
  • Place of Presentation: Mascone Convention Center(San Francisco,USA)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-09
• [Presentation] Phenomic Screen in Vivo and in Vitro to Explore Novel Pathogenesis of AML1-ETO-Positive Leukemia Using PSC-Derived Hematopoietic Cells. (2014)
  • Author(s): Akira Niwa, Akitsu Hotta, Megumu K Saito, Tatsutoshi Nakahata
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the AMERICAN SOCIETY of HEMATOLOGY
  • Place of Presentation: Mascone Convention Center(San Francisco,USA)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-09
• [Presentation] Modeling Chediak-Higashi Syndrome using patient’s specific iPS cells. (2014)
  • Author(s): Shigeharu Oh, Akira Niwa, Megumu K. Saito, Tatsutoshi Nakahata
  • Organizer: 第76回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-10-31
• [Presentation] Modeling chronic myelomonocytic leukemia through patient-derived induced pluripotent stem cells. (2014)
  • Author(s): Kazuki Taoka, Syunya Arai, Masataka Hosai, Fimihiko Nakamura, Masashi Miyauchi, Sho Yamazaki, Akira Honda, Keisuke Kataoka, Keiki Kumano, Akihide Yoshimi, Koji Eto, Hiromitsu Nakauchi, Tatsutoshi Nakahata, Mineo Kurokawa
  • Organizer: 第76回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-10-31
• [Presentation] Mechanisms of CDK4/6 inhibitor hypersensitivity in Ph+ lymphoid leukemia. (2014)
  • Author(s): Atsushi Nemoto, Takeshi Inukai, Satoshi Saida, Itaru Kato, Toshio Heike, Tatsutoshi Nakahata, Jiro Kikuchi, Yusuke Furukawa, Kumiko Goi, Kanako Uno, Atsushi Watanabe, Sinpei Somazu, Meixian Huang, Keiko Kagami, Kanji Sugita
  • Organizer: 第76回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-10-31
• [Presentation] 臍帯血中の造血幹細胞発見秘話と最近のiPS細胞研究 (2014)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 第38回日本血液事業学会総会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-29 – 2014-10-29
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞を用いた小児医療の将来 (2014)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 第50回中部日本小児学会会
  • Place of Presentation: 信州大学医学部付属病院
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-10
  • Invited
• [Presentation] 末梢血Natural Killer細胞を用いた人口多能性幹細胞の樹立 (2014)
  • Author(s): 桐野浩輔、尾崎富美子、丹羽明、中畑龍俊、齋藤潤、平家勇司
  • Organizer: 第35回日本炎症・再生医学会
  • Place of Presentation: 万国津梁館
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-02
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いたChediak-東症候群の病態解析 (2014)
  • Author(s): 王茂治、丹羽明、齋藤潤、中畑龍俊
  • Organizer: 第35回日本炎症・再生医学会
  • Place of Presentation: 万国津梁館
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-02
• [Presentation] 疾患iPS細胞を用いた破骨細胞分化系の構築と分化能の検討 (2014)
  • Author(s): 伊藤眞理、村上美帆、丹羽明、齋藤潤、中畑龍俊、西本憲弘
  • Organizer: 第1回日本骨免疫会議
  • Place of Presentation: 万国津梁館
  • Year and Date: 2014-07-01 – 2014-07-01
• [Presentation] Impaired neuronal maturation on seckel syndrome is caused by loss of self-organization and centrosome integrity during early neuronal development. (2014)
  • Author(s): Suzuki Naoya, Samata Bumpei, Habu Toshiyuki, Watanabe Akira, Nakahata Tatsutoshi, Takahashi Jun, Saito Megumu
  • Organizer: ISSCR 12th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver Convention Center(CANADA)
  • Year and Date: 2014-06-20 – 2014-06-20
• [Presentation] Efficient and less labor-intensive methods for inducing vascular endothelial cells from human pluripotent stem cells. (2014)
  • Author(s): Niwa Akira, Nakahata Tatsutoshi, Saito Megumu
  • Organizer: ISSCR 12th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver Convention Center(CANADA)
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-18
• [Presentation] 患者由来iPS細胞を用いたCINCA症候群における関節症病態の解明 (2014)
  • Author(s): 横山宏司、西小森隆太、納富誠司郎、田中孝之、齋藤潤、梅田雄嗣、池谷真、中畑龍俊、戸口田淳也、平家俊男
  • Organizer: 第117回日本小児科学会学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2014-04-11 – 2014-04-11