転写因子GATA-2を介した造血幹細胞と造血微小環境の機能的連関の解明

• 研究課題/領域番号: 21K08385
• 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54010:血液および腫瘍内科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤原 亨 東北大学, 大学病院, 講師 (60333796)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021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: GATA-2 / 造血微小環境 / 造血幹細胞

研究開始時の研究の概要

造血不全症の代表疾患の一つである再生不良性貧血は、骨髄の造血幹細胞の減少と脂肪髄を特徴とする難治性疾患の一つである。これまでに申請者らのグループは、造血幹細胞と造血幹細胞を支持する造血微小環境を構成する間葉系幹細胞の両者における転写因子GATA-2の発現低下が、造血細胞の減少と脂肪髄という二つの異常形質と深く関わることを見出してきた。さらに間葉系幹細胞におけるGATA-2の発現低下により造血支持能が低下する点も明らかとした。しかしながら、造血幹細胞の質的異常が造血微小環境に与える影響については不明である。本研究ではこの点を明らかとすることを目的とした。

研究実績の概要

造血不全症の代表疾患の一つである再生不良性貧血は、骨髄の造血幹細胞の減少と脂肪髄を特徴とする難治性疾患の一つである。これまでに申請者らのグループは、造血幹細胞と造血微小環境を構成する間葉系幹細胞の両者における転写因子GATA-2の発現低下が、造血細胞の減少と脂肪髄という二つの異常形質と深く関わることを見出してきた。しかしながら、造血幹細胞の質的異常が造血微小環境に与える影響については不明である。
本研究においては、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトする方法として、Cre-loxPシステムを用いる。まずGATA2f/fマウスと，Rosa26領域にエストロゲンレセプターとCre融合蛋白をコードする配列が導入されたER-Creマウスを交配することにより，タモキシフェン投与にてGATA2がノックアウトされる条件付きノックアウトマウスを作製した。GATA2f/f/ER-Creマウスにタモキシフェンを腹腔内投与した後、GATA2のノックアウト効率を定性PCRによるゲノムDNAの組み換え
や定量PCRによるmRNAの発現量にて確認した。同マウスの骨髄を評価したところ、Gata2ノックアウトマウスにおいては骨髄造血細胞の著明な減少を認めた。しかし、本マウスはGata2を発現するすべての細胞においてGata2をノックアウトするため、マウス造血幹細胞において高発現していると考えられている、Fgd5遺伝子のプロモーター領域の制御下にCreを発現させるマウスを用いて、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトさせるマウス（Fgd5-Cre-ER;Gata2flox/floxマウス）の確立を試みた。しかしながら、マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しており、Fgd5-CreとGata2floxを1つの染色体座に同時に発現させる点で苦慮している。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

GATA2f/f/ER-Creマウスにタモキシフェンを腹腔内投与した後、同マウスの骨髄を評価したところ、Gata2ノックアウトマウスにおいては骨髄造血細胞の著明な減少を確認できたが、次のステップである、造血幹細胞特異的にGata2をノックアウトさせるマウス（Fgd5-Cre-ER; Gata2flox/floxマウス）の確立に関しては、マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しており、Fgd5-CreとGata2floxを1つの染色体座に同時に発現させる点で苦慮している。また研究計画で記載したMds1-Creマウスは、提供者からの事情によりJackson Laboratoryから入手不能となってしまった。

今後の研究の推進方策

マウスFgd5遺伝子とマウスGata2遺伝子が同一染色体上で近接しているものの、ある確率で組み換えが起こり同一染色体上に2つの遺伝子座が存在することもありうるため、交配を継続している状況である。またマウスの系の樹立が難しい場合は、ヒト臍帯血由来造血幹細胞の研究も検討する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Heme-dependent induction of mitophagy program during differentiation of murine erythroid cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Masatoshi、Kato Hiroki、Shima Hiroki、Matsumoto Mitsuyo、Furukawa Eijiro、Yan Yan、Liao Ruiqi、Xu Jian、Muto Akihiko、Fujiwara Tohru、Harigae Hideo、Bresnick Emery H.、Igarashi Kazuhiko
  • 雑誌名: Experimental Hematology 巻: 118 ページ: 21-30
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2022.11.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the Role of FAM210B in Mitochondrial Metabolism and Erythropoiesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Chie、Fujiwara Tohru、Shima Hiroki、Ono Koya、Saito Kei、Kato Hiroki、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Nakamura Yukio、Igarashi Kazuhiko、Harigae Hideo
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 42 号: 12
  • DOI: 10.1128/mcb.00143-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] HSPA9 frameshift and loss‐of‐function mutations in a patient manifesting syndromic sideroblastic anemia and congenital anomalies (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Atsuko、Fujiwara Tohru、Ohta Atsuhiko、Shimizu Yuki、Tanaka Ryuhei
  • 雑誌名: Pediatric Blood & Cancer 巻: 70 号: 3
  • DOI: 10.1002/pbc.29971
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring the mechanistic link between SF3B1 mutation and ring sideroblast formation in myelodysplastic syndrome (2022)
  • 著者名/発表者名: Ochi Tetsuro、Fujiwara Tohru、Ono Koya、Suzuki Chie、Nikaido Maika、Inoue Daichi、Kato Hiroki、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Nakamura Yukio、Harigae Hideo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 14562-14562
  • DOI: 10.1038/s41598-022-18921-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Congenital sideroblastic anemia model due to ALAS2 mutation is susceptible to ferroptosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono Koya、Fujiwara Tohru、Saito Kei、Nishizawa Hironari、Takahashi Noriyuki、Suzuki Chie、Ochi Tetsuro、Kato Hiroki、Ishii Yusho、Onodera Koichi、Ichikawa Satoshi、Fukuhara Noriko、Onishi Yasushi、Yokoyama Hisayuki、Yamada Rie、Nakamura Yukio、Igarashi Kazuhiko、Harigae Hideo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 9024-9024
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12940-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unrelated cord blood transplantation for adult-onset EBV-associated T-cell and NK-cell lymphoproliferative disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Onishi Yasushi、Onodera Koichi、Fukuhara Noriko、Kato Hiroki、Ichikawa Satoshi、Fujiwara Tohru、Yokoyama Hisayuki、Yamada-Fujiwara Minami、Harigae Hideo
  • 雑誌名: International Journal of Hematology 巻: - 号: 6 ページ: 873-881
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03313-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salvage Cord Blood Transplantation for Sustained Remission of Acute Megakaryoblastic Leukemia That Relapsed Early after Myeloablative Transplantation (2021)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Satoshi、Fujiwara Tohru、Saito Kei、Sakurai Kazuki、Inokura Kyoko、Fukuhara Noriko、Yokoyama Hisayuki、Onodera Koichi、Onishi Yasushi、Kameoka Junichi、Harigae Hideo
  • 雑誌名: Internal Medicine 巻: 60 号: 18 ページ: 3015-3019
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.6796-20
  • NAID: 130008088286
  • ISSN: 0918-2918, 1349-7235
  • 年月日: 2021-09-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeting stanniocalcin‐1‐expressing tumor cells elicits efficient antitumor effects in a mouse model of human lung cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Kotaro、Kanehira Masahiko、Ohkouchi Shinya、Kumata Sakiko、Suzuki Yamato、Oishi Hisashi、Noda Masafumi、Sakurada Akira、Miyauchi Eisaku、Fujiwara Tohru、Harigae Hideo、Okada Yoshinori
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: 10 号: 9 ページ: 3085-3100
  • DOI: 10.1002/cam4.3852
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Impact of FECH deficiency on ring sideroblast formation in erythroblasts (2022)
  • 著者名/発表者名: Nikaido M, Fujiwara T, Suzuki C, Ono K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H
  • 学会等名: 第84回日本血液学会
• [学会発表] Exploring the mechanistic link between SF3B1 mutation and ring sideroblast formation in MDS (2022)
  • 著者名/発表者名: Ochi T, Fujiwara T, Ono K, Suzuki C, Inoue D, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H
  • 学会等名: 第84回日本血液学会
• [学会発表] Integration of erythroid differentiation and autophagy by iron-heme metabolism (2022)
  • 著者名/発表者名: Igarashi K, Kato H, Ikeda M, Fujiwara T, Harigae H
  • 学会等名: 第84回日本血液学会
  • 招待講演
• [学会発表] Altered transcription by GATA1 impairs autophagy and prevents ferroptosis in X-linked sideroblastic anemia (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono K, Fujiwara T, Shima H, Suzuki C, Takahashi N, Nishizawa H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Hisayuki Y, Fujimaki S, Nakamura Y, Igarashi K, Harigae H
  • 学会等名: 第64回米国血液学会
  • 国際学会
• [学会発表] Inhibition of S-Adenosylmethionine synthesis promotes erythropoiesis via epigenetic modifications. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato H, Long NC, Ishii Y, Matsumoto M, Rhee C, Saigusa D, Funayama R, Okae H, Fujiwara T, Muto A, Harigae H, Scadden DT, Igarashi K.
  • 学会等名: 第63回米国血液学会
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring CAR-T cells using flow cytometry: A feasibility study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara T, Onishi Y, Niizuma H, Okubo N, Sugawara S, Moriya K, Ichikawa S, Irie M, Fukuhara N, Yokoyama H, Fujiwara M, Fujimaki S, Sasahara Y, Harigae H.
  • 学会等名: 第12回日本血液学会国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] FOG1-dependent transcriptional network involves glucose metabolic regulation of erythroid cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara T, Suzuki C, Ono K, Saito K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Harigae H.
  • 学会等名: 第83回日本血液学会
• [学会発表] Elucidation of the role of FAM210B in mitochondrial metabolism in erythroblasts. (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki C, Fujiwara T, Shima H, Ono K, Saito K, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H.
  • 学会等名: 第83回日本血液学会
• [学会発表] Cellular models of X-linked sideroblastic anemia based on immortalized human erythroid progenitors. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono K, Fujiwara T, Saito K, Suzuki C, Takahashi N, Kato H, Onodera K, Ichikawa S, Fukuhara N, Onishi Y, Yokoyama H, Nakamura Y, Harigae H.
  • 学会等名: 第83回日本血液学会
• [学会発表] Methionine metabolism controls erythropoiesis by epigenetic regulation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato H, Long NC, Ishii Y, Matsumoto M, Mitsueda D, Funayama R, Okae H, Fujiwara T, Muto A, Nakayama K, Arima T, Scadden D, Igarashi K, Harigae H.
  • 学会等名: 第83回日本血液学会