ＥＳ／ｉＰＳ 由来心筋細胞における代謝を利用した新規分化誘導法及び精製法の構築

• 研究課題/領域番号: 13J30005
• 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: 医化学一般
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 遠山 周吾 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,320千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: ヒトES細胞 / ヒトiPS細胞 / 心筋細胞 / 腫瘍化 / 移植 / 純化精製 / 代謝 / ES細胞 / iPS細胞 / 心筋分化 / 精製

研究実績の概要

ヒトES細胞およびiPS細胞はさまざまな細胞に分化可能であるため、再生医療への応用が期待されている。ヒトES細胞およびiPS細胞におけるエネルギー代謝は、おもにグルコースの代謝に依存することが知られているが、アミノ酸の役割に関する報告は少ない。我々は、ヒトES細胞およびiPS細胞におけるアミノ酸の代謝を解析することにより、グルタミンが重要な役割を担うことを明らかにした。ヒトES細胞およびiPS細胞をグルコースおよびグルタミンを除去した条件において培養した場合、グルコースのみを除去した場合に比べ、ATPが短時間で著明に低下しすみやかに死滅した。また、トランスクリプトーム解析およびメタボローム解析により、ヒトES細胞およびiPS細胞はピルビン酸ではなくグルタミンを効率よく利用してATPを合成していることがわかった。その原因として、ヒトES細胞およびiPS細胞において、アコニターゼ2およびイソクエン酸脱水素酵素2/3の発現が著明に低下していること、ATPクエン酸リアーゼが著明に上昇していることが示唆された。一方、心筋細胞は乳酸を効率よく利用することにより生存が可能であることがわかった。この代謝の特性を利用することにより、ヒトES細胞およびiPS細胞を分化した際に混入する未分化幹細胞を完全に除去した安全性の高い心筋細胞を作製することが可能となり、今後の再生医療の実現に貢献することが期待される。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Glutamine Oxidation Is Indispensable for Survival of Human Pluripotent Stem Cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tohyama S, Fujita J, Hishiki T, Matsuura T, Hattori F, Ohno R, Kanazawa H, Seki T, Nakajima K, Kishino Y, Okada M, Hirano A, Kuroda T, Yasuda S, Sato Y, Yuasa S, Sano M, Suematsu M, Fukuda K.
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 23 号: 4 ページ: 663-74
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2016.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Patient-Specific Induced Pluripotent Stem Cell Models: Characterization of iPS Cell-Derived Cardiomyocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Egashira T, Yuasa S, Tohyama S, Kuroda Y, Suzuki T, Seki T, Fukuda K.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1353 ページ: 343-53
  • DOI: 10.1007/7651_2014_165
  • ISBN: 9781493930333, 9781493930340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gelatin Hydrogel Enhances the Engraftment of Transplanted Cardiomyocytes and Angiogenesis to Ameliorate Cardiac Function after Myocardial Infarction. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakajima K, Fujita J, Matsui M, Tohyama S, Tamura N, Kanazawa H, Seki T, Kishino Y, Hirano A, Okada M, Tabei R, Sano M, Goto S, Tabata Y, Fukuda K.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10(7) 号: 7 ページ: e0133308-e0133308
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0133308
  • NAID: 120005763407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of cardiomyocyte movement in the developing murine heart. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto H, Yuasa S, Tabata H, Tohyama S, Seki T, Egashira T, Hayashiji N, Hattori F, Kusumoto D, Kunitomi A, Takei M, Kashimura S, Yozu G, Shimojima M, Motoda C, Muraoka N, Nakajima K, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Fukuda K
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 464 号: 4 ページ: 1000-1007
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.07.036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A massive suspension culture system with metabolic purification for human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hemmi N**, Tohyama S**, Nakajima K, Kanazawa H, Suzuki T, Hattori F, Seki T, Kishino Y, Hirano A, Okada M, Tabei R, Ohno R, Fujita C, Haruna T, Yuasa S, Sano M, Fujita J, Fukuda K.
  • 雑誌名: Stem Cells Translational Medicine 巻: ３ 号: 12 ページ: 1473-83
  • DOI: 10.5966/sctm.2014-0072
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Endogenous Prostaglandin D2 and Its Metabolites Protect the Heart Against Ischemia-Reperfusion Injury by Activating Nrf2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsumata Y, Shinmura K, Sugiura Y, Tohyama S, et al.
  • 雑誌名: Hypertension 巻: 63 号: 1 ページ: 80-87
  • DOI: 10.1161/hypertensionaha.113.01832
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and characterization of functional cardiomyocytes derived from human T cell-derived induced pluripotent stem cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Seki T, Yuasa S, Kusumoto D. Tohyama S, et al.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 9 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0085645
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of Human Cardiomyocyte-like Cells from Fibroblasts by Defined Factors. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wada R, Muraoka N, Inagawa K, Tohyama S, et al
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 110 号: 31 ページ: 12667-72
  • DOI: 10.1073/pnas.1304053110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct iPS Cells shows different Cardiac Differentiation Efficiency. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohno Y, Yuasa S, Seki T, Fukuda K., et al.
  • 雑誌名: Stem Cells International 巻: 2013 ページ: 659739-659739
  • DOI: 10.1155/2013/659739
  • 査読あり
• [学会発表] Metabolic Regulation of Pluripotent Stem Cells and Cardiac Regenerative Medicine (2016)
  • 著者名/発表者名: Shugo Tohyama, Jun Fujita, Takako Hishiki, Fumiyuki Hattori, Motoaki Sano, Makoto Suematsu, Keiichi Fukuda
  • 学会等名: 第80回日本循環器学会学術総会
  • 発表場所: 仙台国際会議場(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝制御を基盤とした心臓再生医療 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • 学会等名: 第19回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝的アプローチによるヒトES/iPS細胞を用いた心臓再生医療 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • 学会等名: 第14回日本再生医療学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] A Massive Suspension Culture System with Metabolic Selection for Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Shugo Tohyama, Jun Fujita, Natsuko Hemmi, Fumiyuki Hattori, Keiichi Fukuda
  • 学会等名: The 18th Takeda Science Foundation Symposium on Bioscience
  • 発表場所: 武田薬品研修所
  • 年月日: 2015-01-15 – 2015-01-17
• [学会発表] 多能性幹細胞の代謝と心臓再生医療 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾、藤田淳、服部文幸、菱木貴子、末松誠、福田恵一
  • 学会等名: 第18回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館
  • 年月日: 2014-11-21 – 2014-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞から作った心筋細胞で心臓病を治す! ? (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾
  • 学会等名: 免疫ふしぎ未来2013(日本免疫学会主催)一般市民向け
  • 発表場所: 日本未来科学館
  • 年月日: 2013-08-11
  • 招待講演
• [学会発表] メタボローム解析を用いたヒトES/iPS由来心筋細胞における純化精製法の確立 (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾、福田恵一
  • 学会等名: 第29回日本DDS学会学術集会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2013-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] Distinct Metabolic Flow Enables Purification of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes (2013)
  • 著者名/発表者名: Tohyama S, Hattori F, Sano M, et al.
  • 学会等名: The International Society for Heart Research, Japan Section 2013
  • 発表場所: San Diego( ポスター発表)
  • 年月日: 2013-06-29
• [学会発表] ESおよびiPS細胞における未分化幹細胞除去法および心筋精製法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠山周吾, 服部文幸, 福田恵一
  • 学会等名: 第23回日本サイトメトリー学会
  • 発表場所: 日本医科大学橘桜会館
  • 年月日: 2013-06-23
  • 招待講演
• [産業財産権] 新規未分化幹細胞除去および心筋純化精製培地 (2014)
  • 発明者名: 遠山周吾 藤田淳 福田恵一
  • 権利者名: 遠山周吾 藤田淳 福田恵一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-07-16