機械刺激依存的プロモーターを用いた生体応答の可視化の研究

• 研究課題/領域番号: 11J08517
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 番匠 俊博 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: microRNA / 心臓発生 / 皮膚創傷治癒 / 力刺激 / 心臓弁形成 / メカニカルストレス / ゼブラフィッシュ / 創傷治癒 / 線維化 / 機械的刺激

研究概要

細胞に負荷される力刺激は、組織の発生や恒常性維持に極めて重要である。機能的な心臓が形成されるためには、胚発生期に適切な心拍と血流による力刺激が維持されてなくてはならない。しかし、細胞がどのように力刺激を受容し、心臓発生を司っているのかはほとんど理解されていない。我々は、ゼブラフィッシュをモデルとして、心臓内の血流が生み出すせん断応力がmicroRNA-21 (miR-21)の発現を心臓弁形成領域に誘導し、弁形成を制御することを明らかにした。本研究はNature Communications誌に掲載され、Nature Japanに「注目の論文」として取り上げられた。さらに本研究は東北大学工学部とも連携して行い、融合領域的な視点を導入している。工学系の学会(バイオエンジニアリング講演会)にも招待講演として発表したことから、本研究成果は生物工学などの分野の発展にも貢献できると考えられる。
さらにmiR-21の機能を詳細に解析するため、miR-21を欠損したmiR-21ノックアウトマウス(KOマウス)を作成した。miR-21KOマウスは、ゼブラフィッシュの場合と異なり、胚発生は正常に進行し、生後の成長や生殖にも異常を示さなかった。しかしながら、miR-21は様々な組織の損傷に応じて発現上昇することが報告されているため、皮膚の創傷治癒過程にmiR-21が関与していることが想定された。そこでmiR-21KOマウスの皮膚創傷治癒過程を観察した。
マウス背部に1cmの全層切込み損傷を与えると、受傷後1日から傷周縁部の上皮や肉芽組織でのmiR-21の発現上昇が捉えられた。そしてmiR-21KOマウスの皮膚創傷治癒過程を観察すると、損傷後の皮膚の再上皮化が通常よりも早く進行し、瘢痕形成が抑制された。このことはmiR-21の抑制によって皮膚の創傷治癒を促進できる可能性を示唆する。例えば、miR-21の機能を阻害するanti-miR-21などの拡散医薬品による損傷の治癒促進が考えられる。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Haemodynamically dependent valvulogenesis of zebrafish heart is mediated by flow-dependent expression of miR-21 (2013)
  • 著者名/発表者名: Banjo T, Grajcarek J, Yoshino D, Osada H, Miyasaka KY, Kida YS, Ueki Y, Nagayama K Kawakami K, Matsumoto T, Sato M, Ogura T
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4,1978 号: 1 ページ: 1978-1978
  • DOI: 10.1038/ncomms2978
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gain-of-Function Mutations in RIT1 Cause Noonan Syndrome, a RAS/MAPK Pathway Syndrome (2013)
  • 著者名/発表者名: Aoki Y, Niihori T, Banio T, Okamoto N, Mizuno S, Kurosawa K, Ogata T, Takada F, Yano M, Ando T, Hoshika T, Barnett C, Ohashi H, Kawame H, Hasegawa T, Okutani T, Nagashima T, Hasegawa S, Funayama R, Nagashima T Nakayama K, Inoue S, Watanabe Y, Oeura T, Matsubara Y
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: Volume 93, Issue 1 号: 1 ページ: 173-180
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.05.021
  • 査読あり
• [学会発表] 血流に依存する心臓初期発生の制御因子 (2014)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 第26回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-01-12
  • 招待講演
• [学会発表] 皮膚創傷治癒過程におけるmicroRNA-21の機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2013-12-04
• [学会発表] Hemodynamics-dependent valvulogenesis of zebrafish heart mediated by microRNA-2 1 (2012)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 6^<th> Mechanobiology Conference
  • 発表場所: シンガポール
  • 年月日: 2012-11-12
• [学会発表] Hemodynamics-dependent valvulogenesis of zebrafish heart mediated by microRNA-2 1 (2012)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 日本発生生物学会 第45回大会
  • 発表場所: 日本(神戸)
  • 年月日: 2012-05-30
• [学会発表] Hemodynamics-dependent valvulogenesis of zebrafish heart mediated by microRNA-2 1 (2012)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: Weinstein Cardiovascular Development Conference
  • 発表場所: アメリカ(シカゴ)
  • 年月日: 2012-05-02
• [学会発表] MicroRNA-21 expression triggered by heartbeat contributes to cardiac valve formation (2011)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] MicroRNA-21 expression triggered by heartbeat contributes to cardiac valve formation (2011)
  • 著者名/発表者名: 番匠俊博
  • 学会等名: 第44回日本発生生物学会年会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2011-05-20
• [備考]
  • URL: https://www.idac.tohoku.ac.jp/ja/activities/info/news/20130611/index.html