幹細胞が持つ特性を利用した新規分化誘導方法の確立

研究課題

研究課題/領域番号	22K12777
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90110:生体医工学関連
研究機関	東北大学
研究代表者	若尾昌平東北大学, 医学系研究科, 講師 (80511948)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円) 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円) 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード	Muse cell / Phagocytosis / Differentiation / Somatic stem cell / 幹細胞
研究開始時の研究の概要	一般的な幹細胞の分化は発生プロセスを模倣した様々なサイトカインによる細胞外からの刺激を段階的に処理することで、時間をかけて目的の細胞へと誘導する。我々はこの方法とは全く異なる新規の分化機構があることを発見した。それは幹細胞が傷害を受けて細胞死に陥った分化細胞を貪食し、転写因子など分化状態の維持に関わっていた因子を直接利用することで、貪食した細胞と同一の細胞種へ迅速にエラーなく分化する機構である。本研究は幹細胞が持つ貪食活性を利用した新規誘導方法を確立し、幹細胞生物学の考え方を大きく変える新しい概念を樹立すると同時に、幹細胞の産業応用を促進する技術開発を目指す。
研究実績の概要	これまでの研究により、Multilineage-differentiating Stress Enduring (Muse)細胞や間葉系幹細胞、神経幹細胞などの体性幹細胞は、貪食能力を有していることを明らかとした。またそれぞれの体性幹細胞において、特徴的な貪食レセプターを使用することで、分化した死細胞内で働いていた転写因子を含む細胞断片を細胞内に取り込むことが明らかとなった。さらに取り込んだ転写因子を再利用することで、分化細胞へと迅速で正確な分化を可能にしていることが明らかとされてきた。今回、骨髄、脂肪、臍帯由来の間葉系幹細胞からそれぞれ単離したMuse細胞について、貪食による血管内皮細胞への分化の可能性と分化効率について検討を行なった。まずはじめに、脂肪や臍帯由来のMuse細胞が骨髄由来Muse細胞と同様に貪食能を有しているか検討するために、マウス肝細胞細胞株であるmCherryでラベルしたHepa1-6の死細胞断片を貪食させた。その結果、24時間後において脂肪や臍帯由来のMuse細胞は、骨髄由来のMuse細胞と比較して貪食能は遜色なく、90%以上のMuse細胞が貪食能を有していることが明らかとなった。次にマウス大動脈由来の血管内皮細胞を樹立し、骨髄、脂肪、臍帯由来のMuse細胞に死細胞断片を貪食させて血管内皮細胞への分化能を検証した。その結果、骨髄由来のMuse細胞が血管内皮細胞への分化能や効率が一番よく、脂肪や臍帯由来のMuse細胞は骨髄由来Muse細胞ほど血管内皮細胞への分化能は高くなかった。
現在までの達成度 (区分)	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これまでの進捗状況として、体性幹細胞は、さまざまな貪食レセプターを使用することで、分化した死細胞内で働いていた転写因子を含む細胞断片を細胞内に取り込む。さらに取り込んだ転写因子を再利用することで、分化細胞へと迅速で正確な分化を可能にしていることを明らかとした。現在の進捗として、 1. 骨髄、脂肪、臍帯由来のMuse細部について、貪食による血管内皮細胞への分化を試みた。 2. 骨髄由来Muse細胞が血管内皮細胞へと分化しやすく、脂肪や臍帯由来のMuse細胞は血管内皮細胞への分化能が低かった。
今後の研究の推進方策	前回の報告で、心筋細胞・神経細胞・肝細胞の死細胞を利用して、ヒトMuse細胞から貪食活性を利用した新規誘導方法の確立とそのメカニズムの解明を行った。また、一般的な体性幹細胞である間葉系幹細胞や神経幹細胞もMuse細胞と同様に貪食活性を持ち、これによって分化するあるいは分化が促進されることを明らかとし論文発表を行った。今回新たに血管内皮細胞への貪食による分化が明らかとなった。今後は他のさまざまな細胞の死細胞片の暴露による誘導方法を確立するとともに、さらなる効率的な誘導方法の開発を模索し、総説等により貪食と幹細胞の分化について報告を行う予定である。