多能性幹細胞からの中胚葉誘導マスター因子の同定と、選択的心臓中胚葉誘導法の確立

• 研究課題/領域番号: 18K08114
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分53020:循環器内科学関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 貞廣 威太郎 筑波大学, 医学医療系, 講師 (60571130)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 再生 / 多能性幹細胞 / 中胚葉 / 発生 / 心筋再生 / 心臓中胚葉 / ダイレクトリプログラミング / 心筋細胞 / メカノトランスダクション / 細胞増殖 / 骨格筋 / 軟骨細胞 / 心臓

研究成果の概要

多能性幹細胞から心筋細胞を誘導するためには、複数の液性因子を使用し、心臓中胚葉を誘導してから心筋に分化させる方法が一般的である。しかし、この方法には誘導工程が煩雑、液性因子が高価であるという課題がある。我々は中胚葉誘導マスター遺伝子Tbx6を発見し、マウスES細胞・ヒトiPS細胞等の多能性幹細胞から、液性因子を使用せずに心臓中胚葉細胞を誘導できることを発見した。さらにTbx6の発現期間を調整することで、同じく中胚葉から分化する骨格筋や軟骨細胞も誘導が可能であることを見出した。さらにTbx6遺伝子が心筋細胞増殖効果をもつことも明らかにし、新たな心筋再生療法の可能性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界総死亡数のなかで、心疾患は約半数を占める。終末分化細胞である心筋細胞には増殖能がなく、一度低下した心臓機能が回復することは困難である。ES細胞、iPS細胞などの幹細胞から、心臓幹細胞である心臓中胚葉を経て分化した誘導心筋は、再生医療のツールとして期待されるが、液性因子による誘導が必須である。この誘導法は、高価な液性因子によるコストの問題以外に、誘導手法が不安定かつ煩雑という課題がある。液性因子に頼らず、単一遺伝子によって多能性幹細胞から選択的な心臓中胚葉・心筋細胞への誘導が可能となる本研究成果により安定かつ簡便、さらに安価に心筋作製が可能となり、心臓再生医療の飛躍的な前進が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Soft Matrix Promotes Cardiac Reprogramming via Inhibition of YAP/TAZ and Suppression of Fibroblast Signatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurotsu Shota、Sadahiro Taketaro、Fujita Ryo、Tani Hidenori、Yamakawa Hiroyuki、Tamura Fumiya、Isomi Mari、Kojima Hidenori、Yamada Yu、Abe Yuto、Murakata Yoshiko、Akiyama Tatsuya、Muraoka Naoto、Harada Ichiro、Suzuki Takeshi、Fukuda Keiichi、Ieda Masaki
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 15 号: 3 ページ: 612-628
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2020.07.022
  • NAID: 120007165453
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Cardiac Reprogramming for Cardiovascular Regeneration and Differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro Taketaro、Ieda Masaki
  • 雑誌名: The Keio Journal of Medicine 巻: - 号: 3 ページ: 49-58
  • DOI: 10.2302/kjm.2019-0008-oa
  • NAID: 130007907362
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cardiac regeneration with pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes and direct cardiac reprogramming (2019)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro Taketaro
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 11 ページ: 95-100
  • DOI: 10.1016/j.reth.2019.06.004
  • NAID: 120007132753
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2.Tbx6 induces cardiomyocyte proliferation in postnatal and adult mouse hearts. (2019)
  • 著者名/発表者名: Haginiwa S, Sadahiro T, Kojima H, Isomi M, Tamura F, Kurotsu S, Tani H, Muraoka N, Miyake N, Miyake K, Fukuda K, Ieda M.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 513 号: 4 ページ: 1041-1047
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.04.087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of cyclooxygenase-2-mediated prostaglandin E2-prostaglandin E receptor 4 signaling in cardiac reprogramming (2019)
  • 著者名/発表者名: Muraoka Naoto、Nara Kaori、Tamura Fumiya、Kojima Hidenori、Yamakawa Hiroyuki、Sadahiro Taketaro、Miyamoto Kazutaka、Isomi Mari、Haginiwa Sho、Tani Hidenori、Kurotsu Shota、Osakabe Rina、Torii Satoru、Shimizu Shigeomi、Okano Hideyuki、Sugimoto Yukihiko、Fukuda Keiichi、Ieda Masaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 674-674
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08626-y
  • NAID: 120007128245
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid and high-efficient generation of mutant mice using freeze-thawed embryos of the C57BL/6J strain (2019)
  • 著者名/発表者名: Darwish Mohamed、Nishizono Hirofumi、Uosaki Hideki、Sawada Hitomi、Sadahiro Taketaro、Ieda Masaki、Takao Keizo
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 巻: 317 ページ: 149-156
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2019.01.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Progress and Challenge of Cardiac Regeneration to Treat Heart Failure (2019)
  • 著者名/発表者名: Isomi Mari、Sadahiro Taketaro、Ieda Masaki
  • 雑誌名: Journal of Cardiology 巻: 73 号: 2 ページ: 97-101
  • DOI: 10.1016/j.jjcc.2018.10.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Cardiac Reprogramming: A Novel Approach for Heart Regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Tani Hidenori、Sadahiro Taketaro、Ieda Masaki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 19 号: 9 ページ: 2629-2629
  • DOI: 10.3390/ijms19092629
  • NAID: 120007128488
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro T, Isomi M, Muraoka N, Kojima H, Haginiwa S, Kurotsu S, Tamura F, Tani H, Tohyama S, Fujita J, Miyoshi H, Kawamura Y, Goshima N, Iwasaki YW, Murano K, Saito K, Oda M, Andersen P, Kwon C, Uosaki H, Nishizono H, Fukuda K, Ieda M
  • 雑誌名: Cell stem cell 巻: 23(3) 号: 3 ページ: 382-395
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.07.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Soft Matrix Rigidity Improves Direct Cardiac Reprogramming via Inhibition of Rho/ROCK, Actomyosin, and YAP/TAZ Pathway and Silencing Fibroblast Signature (2021)
  • 著者名/発表者名: Taketaro Sadahiro
  • 学会等名: CVMW2020
• [学会発表] Developmental and Regenerative Biology of Cardiac Stem Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: 貞廣威太郎
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] iCMの最新事情 (2020)
  • 著者名/発表者名: 貞廣威太郎
  • 学会等名: 第24回日本心不全学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ダイレクトリプログラミングによる心筋再生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 貞廣威太郎
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Tbx6 is Critical for Mesoderm Induction and Specification Into Cardiovascular and Somite Lineages (2018)
  • 著者名/発表者名: Taketaro Sadahiro
  • 学会等名: AHA
  • 国際学会
• [図書] 疾患に挑むメカノバイオロジー (2020)
  • 著者名/発表者名: 貞廣威太郎、家田真樹
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103862
• [産業財産権] 線維芽細胞からの心臓前駆細胞と心筋細胞の直接製造方法 (2018)
  • 発明者名: 家田 真樹、貞廣 威太郎、礒見 まり、五島 直樹
  • 権利者名: 家田 真樹、貞廣 威太郎、礒見 まり、五島 直樹
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] 多能性幹細胞からの心臓前駆細胞と心筋細胞の製造方法 (2018)
  • 発明者名: 家田 真樹、貞廣 威太郎、礒見 まり、五島 直樹
  • 権利者名: 家田 真樹、貞廣 威太郎、礒見 まり、五島 直樹
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 取得年月日: 2018
  • 外国