間葉系細胞-間質性細胞相互作用の肺-骨髄間クロストークの意義の解明

• 研究領域: 間質リテラシ―：間質の細胞多様性に基づく疾患メカニズムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 22H05064
• 研究種目: 学術変革領域研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 七野 成之 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 講師 (70822435)
• 研究分担者: 尾松 芳樹 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (80437277)
• 研究期間 (年度): 2022-05-20 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 31,980千円 (直接経費: 24,600千円、間接経費: 7,380千円); 2024年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2023年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2022年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
• キーワード: 複雑系間質ネットワーク / 肺病態生理 / 骨髄病態生理 / 間質細胞 / 肺間質ネットワーク / 骨髄間質ネットワーク / single-cell RNA-seq

研究開始時の研究の概要

多様な細胞集団で維持される間質は、生体の恒常性維持や病態発現において重要な役割を有するが、多様な複雑系細胞クロストークで構成される間質性細胞ネットワークの、異なる臓器間の共通性や差異、相互作用は全く明らかではない。本研究提案では、肺及び骨髄に着目し、各種遺伝子改変マウスや高感度scRNA-seq解析法を用い、定常状態及び肺傷害時における肺-骨髄間の間質性細胞ネットワークの変化と相互作用の実態、生理的意義、細胞・分子機構の解明を目的とする。本研究の達成により、間質性細胞ネットワーク同士の連関という、生体の重要な複雑系の一端が解明され、臓器間相互作用を予測可能とするための基礎を提供しうる。

研究実績の概要

多様な細胞集団で構成される間質は、生体の種々の臓器の恒常性維持や病態発現において実質と同等かそれ以上に重要な役割を担っている。間質において、間葉系細胞や血球細胞を始めとした多様な細胞が織りなす相互作用の、間質機能の維持における重要性が解明されつつあるが、多様な複雑系細胞クロストークで構成される間質性細胞ネットワークの、異なる臓器間の共通性や差異、ネットワーク同士の相互作用は全く明らかではない。本研究提案では、間質がその機能維持において重要な肺及び骨髄に着目し、両者の間質性細胞ネットワークの実態、生理的意義、細胞・分子機構の解明を目的とした。
2023年度は、生物種横断的な疾患肺の間質ネットワークの差異、及び骨髄間質の恒常性維持に係わる細胞や分子につき解析を実施した。ヒト間質性肺炎検体70例、各種マウス肺傷害モデル、微細粒子によるラット間質性肺炎モデル、ブタ間質性肺炎モデルにつきscRNA-seq解析を実施した。その中で、ヒトの予後不良肺線維化病態で特異的に見出された肺胞上皮細胞は、ラットおよびブタ疾患モデルでは同様の遺伝子signatureをもつ細胞が見出されたが、マウスではいずれの疾患モデルにおいても見出されなかった。
骨髄に関し、CAR細胞は骨髄造血や造血幹細胞の維持に必須のサイトカインCXCL12とSCFの主要な産生細胞である。様々な疾患において、CAR細胞の産生するサイトカインの低下が認められる。CAR細胞の産生するCXCL12の造血幹細胞に対する機能の詳細を明らかにするため、CXCL12を欠損させたCAR細胞と欠損していないCAR細胞を区別できるような遺伝子改変マウスを作製し解析した。その結果、CAR細胞が産生するCXCL12が骨髄内で造血幹細胞を誘引し、造血幹細胞、特に免疫細胞をより多く産生する造血幹細胞の維持に必須の役割を果たすことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度は、生物種横断的な疾患肺の間質ネットワークの差異、及び骨髄間質の恒常性維持に係わる細胞や分子につき解析を実施した。ヒト間質性肺炎検体70例、各種マウス肺傷害モデル、微細粒子によるラット間質性肺炎モデル、ブタ間質性肺炎モデルにつきscRNA-seq解析を実施した。その中で、ヒトの予後不良肺線維化病態で特異的に見出された肺胞上皮細胞は、ラットおよびブタ疾患モデルでは同様の遺伝子signatureをもつ細胞が見出されたが、マウスではいずれの疾患モデルにおいても見出されなかった。この疾患特異的上皮細胞は線維芽細胞やマクロファージと強く相互作用し、とくに線維化や組織リモデリングに関与する相互作用が強いことが見出された。またヒトの予後良好な検体で特異的に増加しているマクロファージも見出された。
骨髄に関し、CAR細胞は骨髄造血や造血幹細胞の維持に必須のサイトカインCXCL12とSCFの主要な産生細胞である。様々な疾患において、CAR細胞の産生するサイトカインの低下が認められる。CAR細胞の産生するCXCL12の造血幹細胞に対する機能の詳細を明らかにするため、CXCL12を欠損させたCAR細胞と欠損していないCAR細胞を区別できるような遺伝子改変マウスを作製し解析した。その結果、CAR細胞が産生するCXCL12が骨髄内で造血幹細胞を誘引し、造血幹細胞、特に免疫細胞をより多く産生する造血幹細胞の維持に必須の役割を果たすことを明らかにした。このように、生物種特異的な間質ネットワークの差異が見出され、骨髄のネットワークの実態についても解析が進んでいることから、当初の研究目的の達成に向けて順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

2024年度は、2023年度までの結果に基づき、肺間質ネットワークに関しては、ブタやラット、ヒト疾患検体を用いたオルガノイドや遺伝子改変ラット等を用い、とくに疾患特異的な肺胞上皮細胞-間質細胞・マクロファージとの相互作用ネットワークと、疾患特異的上皮細胞の誘導機構の解析をすすめる。また疾患の予後良好さと相関するマクロファージについても、骨髄からの動員機構について遺伝子改変マウス等を用いて解析をすすめる。肺ー骨髄の間質ネットワークの相互作用の理解を目指し、領域の推進に貢献する。

研究成果

• [雑誌論文] CD8+ T-cell memory induced by successive SARS-CoV-2 mRNA vaccinations is characterized by shifts in clonal dominance (2024)
  • 著者名/発表者名: H, Aoki., M, Kitabatake., H, Abe., P, Xu., M, Tsunoda., S, Shichino., A, Hara., N, Ouji- Sageshima., C, Motozono., T, Ito., K, Matsushima., and S, Ueha
  • 雑誌名: Cell reports 巻: 43 号: 3 ページ: 113887-113902
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113887
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NR4a1/2 deletion promotes accumulation of TCF1+ stem-like precursors of exhausted CD8+ T cells in the tumor microenvironment (2024)
  • 著者名/発表者名: Srirat Tanakorn、Hayakawa Taeko、Mise-Omata Setsuko、Nakagawara Kensuke、Ando Makoto、Shichino Shigeyuki、Ito Minako、Yoshimura Akihiko
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 43 号: 3 ページ: 113898-113898
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113898
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell transcriptomics identifies the differentiation trajectory from inflammatory monocytes to pro-resolving macrophages in a mouse skin allergy model (2024)
  • 著者名/発表者名: Miyake Kensuke、Ito Junya、Takahashi Kazufusa、Nakabayashi Jun、Brombacher Frank、Shichino Shigeyuki、Yoshikawa Soichiro、Miyake Sachiko、Karasuyama Hajime
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1 ページ: 1666-1666
  • DOI: 10.1038/s41467-024-46148-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glycosylation profiles of breast cancer cells may represent clonal variations of multiple organ metastases (2024)
  • 著者名/発表者名: Horimoto Yoshiya、Hlaing May Thinzar、Saeki Harumi、Denda-Nagai Kaori、Ishii-Schrade Katrin、Fujihira Haruhiko、Abe Masaaki、Noji Miki、Shichino Shigeyuki、Saito Mitsue、Irimura Tatsuro
  • 雑誌名: Clinical & Experimental Metastasis 巻: 41 号: 3 ページ: 267-270
  • DOI: 10.1007/s10585-023-10253-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phospholipase A2 Group IIA Is Associated with Inflammatory Hepatocellular Adenoma. (2023)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro Iwabuchi,Kenta Takahashi,Kazunori Kawaguchi,Akihisa Nagatsu,Tadashi Imafuku,Shigeyuki Shichino,Kouji Matsushima,Akinobu Taketomi,Masao Honda,Shinichi Hashimoto
  • 雑誌名: Cancers 巻: 16 号: 1 ページ: 159-159
  • DOI: 10.3390/cancers16010159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of the cerebral cortex of acrylamide-exposed wild-type and IL-1β-knockout mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Fergany Alzahraa、Zong Cai、Ekuban Frederick Adams、Wu Bin、Ueha Satoshi、Shichino Shigeyuki、Matsushima Kouji、Iwakura Yoichiro、Ichihara Sahoko、Ichihara Gaku
  • 雑誌名: Archives of Toxicology 巻: 98 号: 1 ページ: 181-205
  • DOI: 10.1007/s00204-023-03627-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single-Cell Transcriptome Profiling of Pancreatic Islets From Early Diabetic Mice Identifies Anxa10 for Ca2+ Allostasis Toward β-Cell Failure (2023)
  • 著者名/発表者名: Motomura K, Matsuzaka T, Shichino S, Ogawa T, Pan H, Nakajima T, Asano Y, Okayama T, Takeuchi T, Ohno H, Han SI, Miyamoto T, Takeuchi Y, Sekiya M, Sone H, Yahagi N, Nakagawa Y, Oda T, Ueha S, Ikeo K, Ogura A, Matsushima K, Shimano H.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 73 号: 1 ページ: 75-92
  • DOI: 10.2337/db23-0212
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fibroblast growth factor 18 stimulates the proliferation of hepatic stellate cells, thereby inducing liver fibrosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y, Seki T, Kobayashi K, Komazawa-Sakon S, Shichino S, Nishina T, Fukuhara K, Ikejima K, Nagai H, Igarashi Y, Ueha S, Oikawa A, Tsurusaki S, Yamazaki S, Nishiyama C, Mikami T, Yagita H, Okumura K, Kido T, Miyajima A, Matsushima K, Imasaka M, Araki K, Imamura T, Ohmuraya M, Tanaka M, Nakano H
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 6304-6304
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42058-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single cell transcriptomics clarifies the basophil differentiation trajectory and identifies pre-basophils upstream of mature basophils (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyake Kensuke、Ito Junya、Nakabayashi Jun、Shichino Shigeyuki、Ishiwata Kenji、Karasuyama Hajime
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 2694-2694
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38356-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Angiopoietin-like 4 is a critical regulator of fibroblasts during pulmonary fibrosis development (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Saito, Masahiro Kitabatake, Noriko Ouji-Sageshima, Tatsuro Ogawa, Akihisa Oda, Tomoko Nishimura, Tatsuki Nishioka, Satoki Fushimi, Atsushi Hara, Shigeyuki Shichino, Makiko Kumamoto, Shigeto Hontsu, Takeshi Kawaguchi, Satoshi Ueha, Noriyoshi Sawabata, Shigeo Muro, Kouji Matsushima, Toshihiro Ito
  • 雑誌名: American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology 巻: - 号: 3 ページ: 328-339
  • DOI: 10.1165/rcmb.2022-0304oc
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ebf3+ niche-derived CXCL12 is required for the localization and maintenance of hematopoietic stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakatani Taichi、Sugiyama Tatsuki、Omatsu Yoshiki、Watanabe Hitomi、Kondoh Gen、Nagasawa Takashi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 6402-6402
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42047-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular niches for hematopoietic stem cells in bone marrow under normal and malignant conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Omatsu Y
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 43 号: 1 ページ: 15-15
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00267-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clonal Spreading of Tumor-Infiltrating T Cells Underlies the Robust Antitumor Immune Responses (2023)
  • 著者名/発表者名: Aoki Hiroyasu、Tsunoda Mikiya、Ogiwara Haru、Shimizu Haruka、Abe Haruka、Ogawa Tatsuro、Abe Takaya、Shichino Shigeyuki、Matsushima Kouji、Ueha Satoshi
  • 雑誌名: Cancer Immunology Research 巻: 1 号: 6 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1158/2326-6066.cir-22-0517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The early neutrophil-committed progenitors aberrantly differentiate into immunoregulatory monocytes during emergency myelopoiesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda N, Kubota H, Suzuki R, Morita M, Yoshimura A, Osada Y, Kishida K, Kitamura D, Iwata A, Yotsumoto S, Kurotaki D, Nishimura K, Nishiyama A, Tamura T, Kamatani T, Tsunoda T, Murakawa M, Asahina Y, Hayashi Y, Harada H, Harada Y, Yokota A, Hirai H, Seki T, Kuwahara M, Yamashita M, Shichino S, Tanaka M, Asano K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 3 ページ: 112165-112165
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] B cell receptor repertoire analysis from autopsy samples of COVID-19 patients (2023)
  • 著者名/発表者名: Iwabuchi Sadahiro、Shichino Shigeyuki、Imafuku Tadashi、Yamaji Kenzaburo、Miyamoto Kyohei、Tamura Shinobu、Ueha Satoshi、Ito Toshihiro、Murata Shin-ichi、Kondo Toshikazu、Ikeo Kazuho、Suzuki Yutaka、Matsushima Kouji、Kohara Michinori、Torigoe Toshihiko、Yamaue Hiroki、Hashimoto Shinichi
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 14 ページ: 1034978-1034978
  • DOI: 10.3389/fimmu.2023.1034978
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Blocking DCIR mitigates colitis and prevents colorectal tumors by enhancing the GM-CSF-STAT5 pathway (2022)
  • 著者名/発表者名: Sun Haiyang、Tang Ce、Chung Soo-Hyun、Ye Xiao-Qi、Makusheva Yulia、Han Wei、Kubo Masato、Shichino Shigeyuki、Ueha Satoshi、Matsushima Koji、Ikeo Kazuho、Asano Masahide、Iwakura Yoichiro
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 40 号: 5 ページ: 111158-111158
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 1.Investigation of the pathophysiology of lung fibrosis by a highly-sensitive single-cell RNA-seq methods TAS-Seq (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之, 上羽悟史, 松島綱治
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセル解析技術開発と肺疾患・がん免疫応答研究への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 学会等名: 第１回東京理科大学 血液がん・免疫・数理融合研究シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 高汎用性・高感度cDNA 増幅法TAS-Seq2 の開発と病態研究への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之, 上羽悟史, 安田純子, 飯岡恵里香, 池田達彦, Jordan Kelly Villa, 山下和男, 松島綱治
  • 学会等名: NGS EXPO 2023
  • 招待講演
• [学会発表] 定常状態および疾患における造血幹細胞ニッチ (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾松芳樹
  • 学会等名: 第22回 日本再生医療学会総会, シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 4.Intratumoral regulatory T cell clones originate from the draining lymph nodes regulatory Tcells. (2022)
  • 著者名/発表者名: 青木寛泰, 清水遥, 七野成之, 角田樹也, 荻原春, 堀昌平, 松島綱治, 上羽悟史
  • 学会等名: 7th JCA-AACR Special Joint Conference.
  • 国際学会
• [学会発表] 腫瘍浸潤Tregは腫瘍所属リンパ節内のTregに由来する (2022)
  • 著者名/発表者名: 青木寛泰, 清水遥, 七野成之, 角田樹也, 荻原春, 堀昌平, 松島綱治, 上羽悟史
  • 学会等名: 第26回日本がん免疫学会総会
• [学会発表] 細胞周期レポーターとTCRレパトア解析から観る腫瘍浸潤T細胞クローンの増殖の臓器指向性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 青木寛泰, 清水遥, 七野成之, 角田樹也, 荻原春, 堀昌平, 松島綱治, 上羽悟史
  • 学会等名: 第26回日本がん免疫学会総会
• [学会発表] マウス初代細胞由来肺オルガノイドを用いてBLM誘発肺障害のモデル化 (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Bin, 七野 成之、上羽悟史 松島綱治
  • 学会等名: 第43回日本炎症・再生医学会
• [学会発表] 10.頑健なcDNA増幅法TAS-Seqによる炎症病態シングルセル解析の試み (2022)
  • 著者名/発表者名: 七野成之、上羽悟史、松島綱治
  • 学会等名: シングルセルゲノミクス研究会2022
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞からみた肺線維症をもたらす炎症細胞社会 (2022)
  • 著者名/発表者名: 七野成之、上羽悟史、松島綱治
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [図書] 『実験デザインからわかる シングルセル研究実践テキスト』1.『実験デザインからわかる シングルセル研究実践テキスト』「第6章 実験の基本フロー. 3．nanowell方式のscRNA-Seq解析プラットフォーム」「第10章 二次解析，グラフィカルな表現法，共有. 3．シングルセルレパトア解析の現状」 (2024)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 総ページ数: 323
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122702
• [図書] 一細胞から観た肺線維症をもたらす炎症細胞社会（Medical Science Digest） (2022)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 総ページ数: 55
  • 出版者: ニュー・サイエンス社
• [図書] シングルセル・オミックスの解析の発展（炎症と免疫） (2022)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 先端医学社