Elucidation of mechanisms underlying stem cell aging induced by deregulation of histone modifications and development of anti-aging therapies by maintaining their functions
| Project/Area Number |
19K22546
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 49:Pathology, infection/immunology, and related fields
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
|---|
Principal Investigator |
本田 浩章 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40245064)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
世良 康如 東京女子医科大学, 医学部, 助教 (40836532)
本田 善一郎 お茶の水女子大学, 保健管理センター, 教授 (70238814)
岩崎 正幸 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (70790913)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
|
| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
|
|---|
| Keywords | エピジェネティクス / ヒストン脱メチル化 / UTX / UTY / 幹細胞老化 / ヒストンメチル化・脱メチル化 / ヒストン修飾 / 幹細胞 / 老化 / 抗加齢療法 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
UTXはX染色体特異的遺伝子であり、ヒストンH3の27番目のリジン残基（H3K27）を脱メチル化する。我々はUTX欠損マウスを作製し、UTXの欠失は造血幹細胞を老化に誘導することを見出した。
この申請では、様々な組織においてUTXを欠損させ、UTX欠失と組織幹細胞老化の分子機構について解明を行う。また、UTX機能維持による老化の遅延・回復について検討し、さらにY染色体上のUTX相補体であるUTY欠失マウスも作製し、男女による老化感受性の違いについても探索を行う。得られた結果は、ヒストン修飾因子を介した老化制御機構に新たな知見をもたらすと共に、新たな抗加齢療法の発展に貢献すると期待される。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
我々はヒストン修飾因子であるUtxのコンディショナルノックアウト（cKO）マウスを作製し、ERT2マウスと掛け合わせtamoxifenで欠失誘導を行い造血組織を中心に解析を行った。その結果、血球形態異常、髄外造血による脾臓腫大、造血幹細胞移植での骨髄再構築能低下という、造血幹細胞老化に特徴的な所見を認めた。この申請では、このUtx欠失による老化が各種組織幹細胞で普遍的に認められるかについて、様々な組織特異的Creマウスと掛け合わせ、その組織が老化の表現型を呈するかどうかについて検討を行なう。
これまで、Utx cKOマウスを皮膚特異的にCreを発現するK5Creマウス、脳特異的にCreを発現するSox1Creマウス、血管内皮特異的にCreを発現するTie2Creマウス、骨特異的にCreを発現するDmp1Creマウスと掛け合わせた。現在まで、皮膚特異的、脳特異的、骨特異的にUtxを欠損したマウスが得られ、解析を行なっている。明らかな表現型が認められ、これまで最も解析が進んでいるのは、脳特異的Utx欠失マウスである（【現在までの進捗状況】参照）。
また、Utxの発現増加が表現型の回復に寄与するかについても併せて検討する目的で、ノックインの手法により誘導可能にUtxを高発現するUtx cKIマウスの作製を行なった。このマウスについて、目的組織でのUtxの高発現を確認し、上記マウスとの掛け合わせを予定している。
また、UTXはX染色体上に存在し、Y染色体上にその相補体であるUTYが存在する。女性と男性での老化感受性の違いについて検討する目的で、Utyのノックアウトマウスの作製も行い、Utx cKOとの表現型の相違について解析を行う。、Utyノックアウトマウスはすでに得られており、造血細胞を用いたウェスタンブロットによりUTY蛋白質の欠失が確認されている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
皮膚特異的、脳特異的、骨特異的にUtxを欠損したマウスのうち、もっとも表現型が強く認められているマウスとして、脳特異的Utx欠失マウスが挙げられる。脳特異的Utx欠失マウスは成体マウスの中に目的マウスが認められず、胎児および新生児の解析を行なったところ、生後1日以内に死亡することが判明した。このマウスの病理解析を行ったところ、脳特異的Utx欠失マウスはコントロール（Ctrl）マウスに比較して脳室が著名に拡大していることが明らかとなった。当初は、脳室拡大の原因について脳室繊毛の未発達を疑い電子顕微鏡写真を撮影し、脳特異的Utx欠失マウスで繊毛の数および頻度の減少を認めたが、胎生期および出生直後の髄液還流では繊毛は重要で無いことが判明したため、現在E12.5の脳のstem分画とE18.5のstem, neuron分画でRNA-seqとpathway解析を行ないコントロールと比較を行うとともに、ヒストン修飾変化（UTXが関与するH3K27me3, H3K4me1）について検討を行っている。また、Y染色体上に存在するUtxの相補体であるUtyのノックアウトマウスについてはすでに作製が終わっており、WBによりUTY欠失が確認されている。
今年度予定していた皮膚特異的、血管内皮特異的、骨特異的Utx欠失マウスの解析と、Utx高発現マウスとの掛け合わせ、およびUty KOマウスとの掛け合わせについては、動物実験施設の新校舎への移動があり全ての遺伝子改変マウスラインについて体外受精・受精卵凍結を行い融解・移植して個体化したことと、新型コロナにより実験が出来ない期間がありまた試薬の搬入も滞ったため、予定よりも実験の進行が遅くなり、来年度の施行を予定している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
脳特異的Utx欠失マウスは脳室拡大を来すことが判明した。この分子機構について上記の方法で解明を試みるが、生後すぐ死亡するため脳の老化マウスモデルとしては活用できない。そこで、誘導可能に脳細胞で目的遺伝子を欠失させるNestin-ERT2Creマウスを理研バイオリソースセンター導入し、Utx cKOマウスと掛け合わせを行っている。Utx cKO, Nestin-ERT2Creマウスが得られたらtamoxifen投与により後天性にUtxを脳細胞で欠失させたマウスを作製し、行動実験等によりCtrlマウスとの違いを解析し、病理学的な解析と分子生物学的な解析を予定している。
皮膚特異的Utx欠失マウスは加齢と共に脱毛を認め、毛根幹細胞の老化マウスの可能性がある。この機序を解明する目的で、皮膚特異的Utx欠失マウスとCtrlマウスの皮膚を採取し病理学的検索を行うと共に、毛根幹細胞を単離しRNA-seqやパスウェイ解析を予定している。
Utx cKIマウスについては、ERT2Creマウスと掛け合わせtamoxifenを投与し造血細胞を単離してUTX発現上昇を確認する。このマウスをUtx cKO, ERT2Creマウスと掛け合わせてUtx cKO, ERT2CreマウスおよびUtx cKO, Utx cKI, ERT2Creマウスを作製し、tamoxifen投与を行うことによりUtx cKO, ERT2Creマウスに認められる造血幹細胞老化の表現型がUtx高発現によりrescueされるかどうかを検討する。
Uty KOマウスについてはUtx cKOマウスと交配し、Utx cKO, Uty KOマウスを作製する。このマウスを各種Creマウスと交配し、Utx cKOマウスとUtx cKO, Uty KOマウスの表現型を比較し、男女間での老化感受性の違いについて検討する。
|
Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
-
-
-
[Journal Article] Association of aberrant ASNS imprinting with asparaginase sensitivity and chromosomal abnormality in childhood BCP-ALL2020
Author(s)
Atsushi Watanabe, Kunio Miyake, Jessica Nordlund, Ann-Christine Syvanen, Louise van der Weyden, Hiroaki Honda, Norimasa Yamasaki, Akiko Nagamachi, Toshiya Inaba, Tomokatsu Ikawa, Kevin Y Urayama, Nobutaka Kiyokawa, Akira Ohara, Shunsuke Kimura, Yasuo Kubota, Junko Takita, Hiroaki Goto, Kimiyoshi Sakaguchi, et al.
-
Journal Title
Blood
Volume: 136
Pages: 2319-2333
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] HHEX promotes myeloid transformation in cooperation with mutant ASXL1.2020
Author(s)
Takeda R, Asada S, Park SJ, Yokoyama A, Becker H, Kanai A, Visconte V, Hershberger C, Hayashi Y, Yonezawa T, Tamura M, Fukushima T, Tanaka Y, Fukuyama T, Matsumoto A, Yamasaki S, Nakai K, Yamazaki S, Inaba T, Shibata T, Inoue D, Honda H, Goyama S, Maciejewski J, Kitamura T.
-
Journal Title
Blood
Volume: 136
Pages: 1670-1684
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
[Journal Article] H3K27me3 demethylase UTX regulates the differentiation of a subset of bipolar cells in the mouse retina.2020
Author(s)
Umutoni, D., Iwagawa, T., Baba, Y., Tsuhako, A., Honda, H., Aihara, M, Watanabe, S.
-
Journal Title
Genes to Cells
Volume: 25
Pages: 402-412
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
[Journal Article] Discrimination of dormant and active hematopoietic stem cells by G0 markers reveals dormancy regulation by cytoplasmic calcium.2019
Author(s)
5.Fukushima T, Tanaka Y, Hamey FK, Chang CH, Oki T, Asada S, Hayashi Y, Fujino T, Yonezawa T, Takeda R, Kawabata KC, Fukuyama T, Umemoto T, Takubo K, Takizawa H, Goyama S, Ishihama Y, Honda H, Gottgens B, Kitamura T.
-
Journal Title
Cell Reports
Volume: 29
Pages: 4144-4158
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
