石灰化病変における発生学的細胞起源と分化制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 22K20917
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0903:器官システム内科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩瀬 晃康 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任助教 (10965130)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 石灰化病変 / 心臓発生学 / 神経堤細胞 / シングルセルRNA-seq / シングルセルATAC-seq / CARTA / 石灰化 / 心臓発生 / RNA-seq / ATAC-seq / オミクス / 循環器

研究開始時の研究の概要

我が国の死因第2位を占める心血管疾患において、石灰化はその病態の進展や有害事象の発症に深く関与し、治療法の選択にも影響を与える重要な病態であり、その治療や予防、組織再生は臨床的に大きな課題である。石灰化病態形成過程では、平滑筋細胞などが脱分化し、骨軟骨芽細胞様遺伝子を発現するが、その細胞系譜や機序の詳細は明らかではない。本研究では、骨格系細胞への分化能を持つ神経堤細胞を中心とした分化運命制御の観点から、細胞種を起点とした従来の石灰化病態形成の概念を拡張させ、神経堤細胞やその他の心臓前駆細胞や心外膜由来細胞を含めた発生学的起源や領域の多様性に基づく病態形成メカニズムを明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、平滑筋細胞や間質細胞といった細胞種を起点とした従来の石灰化病態形成の概念を拡張させ、神経堤細胞やその他の心臓前駆細胞を含めた発生学的起源や領域の多様性に基づく病態形成メカニズムを明らかにすることを目的としている。研究期間全体を通じて、ワーファリンを用いた石灰化病態モデルマウスにより石灰化病変形成までの時空間的な組織学的解析を行なった。その結果、石灰化病変が大動脈外膜から生じ始め、徐々にその領域が拡大すること、それに伴い、血管平滑筋マーカーが本来と異なった配向性を示すことが明らかとなった。さらに、神経堤細胞を標識するWnt1-Cre; R26-EYFPマウス、二次心臓領域由来細胞を標識するIslet1-Cre; R26-EYFPマウスなどの遺伝子改変マウスに石灰化病態を誘導することで各起源の石灰化への寄与が明らかになってきた。特に冠動脈平滑筋に生じる石灰化はある発生学的細胞起源の分布と類似したパターンを持つことが示された。また、in silico解析ではシングルセルATAC-seqデータから任意の転写因子と標的遺伝子の間のエンハンサー様候補を同定するCARTAアルゴリズムを開発し、胎生期の心臓を用いたシングルセルマルチオームRNA/ATAC-seqデータに適応した。その結果、平滑筋細胞と非筋間葉系細胞を区別するマーカー遺伝子とそのエンハンサー、特に軟骨形成に重要な役割を果たすSox9のエンハンサー様領域を同定し、神経堤細胞株であるO9-1細胞を用いたLuciferase Assayによりエンハンサー活性を認めた。さらに公共のヒト冠動脈硬化検体のシングルセルATAC-seqデータを解析すると、同エンハンサーがヒト冠動脈石灰化病変でも関与していることが示唆された。以上の成果は細胞起源に着目した発生学を基盤にした病態形成メカニズムの解明が期待されるものとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Hey2 enhancer activity defines unipotent progenitors for left ventricular cardiomyocytes in juxta-cardiac field of early mouse embryo (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Yusuke、Wang Yunce、Tanaka Yuki、Iwase Akiyasu、Kawamura Teruhisa、Saga Yumiko、Yashiro Kenta、Kurihara Hiroki、Nakagawa Osamu
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 37 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.2307658120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Notch and retinoic acid signals regulate macrophage formation from endocardium downstream of Nkx2-5 (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Norika、Kawahira Naofumi、Nakashima Yasuhiro、Nakano Haruko、Iwase Akiyasu、Uchijima Yasunobu、Wang Mei、Wu Sean M.、Minamisawa Susumu、Kurihara Hiroki、Nakano Atsushi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 5398-5398
  • DOI: 10.1038/s41467-023-41039-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diverse contribution of amniogenic somatopleural cells to cardiovascular development: With special reference to thyroid vasculature (2022)
  • 著者名/発表者名: Haneda Yuka、Miyagawa‐Tomita Sachiko、Uchijima Yasunobu、Iwase Akiyasu、Asai Rieko、Kohro Takahide、Wada Youichiro、Kurihara Hiroki
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 251 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1002/dvdy.532
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mandibulofacial dysostosis with alopecia results from ETAR gain-of-function mutations via allosteric effects on ligand binding (2022)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Kurihara,1 Toru Ekimoto, Christopher T. Gordon, Yasunobu Uchijima, Ryo Sugiyama, Taro Kitazawa, Akiyasu Iwase, Risa Kotani, Rieko Asai, Veronique Pingault, Mitsunori Ikeguchi, Jeanne Amiel, and Hiroki Kurihara
  • 雑誌名: The Journal of Clinical Investigation 巻: 133(4) 号: 4 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1172/jci151536
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 縦隔内マクロファージの多様性を生み出す分化制御機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康,来田真友子,内島泰信,田口明糸,加藤洋人,関真秀,石川俊平,鈴木穣,和田洋一郎,栗原由紀子,宮川-富田幸子,栗原裕基
  • 学会等名: 2023年度「先進ゲノム支援」拡大班会議
• [学会発表] データ構造から理解するシングルセル遺伝子発現/ゲノムアクセシビリティ解析法 公共データを心臓血管発生研究に活かす (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康
  • 学会等名: 第22回日本心臓血管発生研究会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスを用いた心血管発生学と病態形成の共通性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康,内島泰信,瀬谷大貴,来田真友子,東山大毅,松居一悠,田口明糸,山本尚吾,福田史朗,野村征太郎,興梠貴英,宿南知佐,秋山治彦,関真秀,鈴木穣,和田洋一郎,油谷浩幸,栗原由紀子,宮川-富田幸子,栗原裕基
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスを用いた多細胞連関による心血管システム構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康,内島泰信,瀬谷大貴,来田真友子,東山大毅,松居一悠,田口明糸,山本尚吾,福田史朗,野村征太郎,興梠貴英,宿南知佐,秋山治彦,関真秀,鈴木穣,和田洋一郎,油谷浩幸,栗原由紀子,宮川-富田幸子,栗原裕基
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell multi-omics analysis of fate determination mechanisms during cardiac development (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyasu Iwase
  • 学会等名: Korea-Japan Blood and Vessel Symposium in Kumamoto
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスと空間情報に基づく心臓神経堤細胞の血管/非血管細胞への分化運命決定機構~発生学的起源から病態を考える~ (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康,内島泰信,瀬谷大貴,来田真友子,東山大毅,松居一悠,田口明糸,山本尚吾,福田史朗,野村征太郎,興梠貴英,宿南知佐,秋山治彦,関真秀,鈴木穣,和田洋一郎,油谷浩幸,栗原由紀子,宮川-富田幸子,栗原裕基
  • 学会等名: 第55回日本動脈硬化学会
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell multi-omics and spatial transcriptome analyses of fate determination mechanisms during cardiac development (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyasu Iwase,Yasunobu Uchijima,Daiki Seya,Mayuko Kida,Hiroki Higashiyama,Kazuhiro Matsui,Akashi Taguchi,Shogo Yamamoto,Shiro Fukuda,Seitaro Nomura,Takahide Kohro,Chisa Shukunami,Masahide Seki,Yutaka Suzuki,Youichiro Wada,Hiroyuki Aburatani,Yukiko Kurihara,Sachiko Miyagawa-Tomita,Hiroki Kurihara
  • 学会等名: 第22回東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] シングルセルマルチオミクス及び空間発現情報に基づく心臓神経堤細胞の分化運命決定機構解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会
  • 招待講演
• [学会発表] マルチモーダル情報による心臓内神経堤細胞の分化運命決定メカニズムの解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第51回日本心脈管作動物質学会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスと空間トランスクリプトームデータから紐解く心臓 神経堤細胞の分化多様性制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第26回日本心血管内分泌代謝学会
• [学会発表] マルチモーダル解析から紐解く心臓神経堤細胞系譜の多様性と遺伝子制御ネットワーク (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会
• [学会発表] Single-cell multi-omics analysis of fate determination during cardiac development (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyasu Iwase, Yasunobu Uchijima, Daiki Seya , Mayuko Kida, Hiroki Higashiyama, Kazuhiro Matsui, Akashi Taguchi, Shogo Yamamoto, Shiro Fukuda, Seitaro Nomura, Takahide Kohro, Chisa Shukunami, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Youichiro Wada, Hiroyuki Aburatani, Yukiko Kurihara, Sachiko Miyagawa-Tomita, Hiroki Kurihara
  • 学会等名: 第6回日本循環器学会基礎フォーラム
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスで明らかにする心臓神経堤細胞の血管/非血管細胞への分化運命決定様式 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第30回日本血管生物医学会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセルマルチオミクス及び空間トランスクリプトームによる心臓内多細胞連環解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
  • 学会等名: 第21回日本心臓血管発生研究会