Grem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜解析による哺乳類腎臓前駆細胞起源の解明

• 研究課題/領域番号: 23K27618
• 補助金の研究課題番号: 23H02927 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分53040:腎臓内科学関連
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 小林 明雄 熊本大学, 発生医学研究所, 准教授 (90840223)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2024年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: 腎臓発生 / ネフロン前駆細胞 / 間質前駆細胞 / 中胚葉 / 細胞系譜 / 腎臓 / ネフロン / Grem1 / PolyloxExpress / 網羅的1細胞系譜解析 / 動的DNAバーコード

研究開始時の研究の概要

腎臓発生開始前において、ネフロン前駆細胞と間質前駆細胞の細胞系譜がどのようにして形成されるかは、現在不明である。そこで本計画では、Grem1陽性中胚葉亜集団に注目し、遺伝子改変マウス胎児およびマウス・ヒト多能性幹細胞由来の３次元ガストロイドを用いて、腎臓発生開始前のネフロン前駆細胞および間質前駆細胞の形成におけるGrem1陽性中胚葉亜集団由来の細胞系譜を決定し、その制御機構を解明することを目指す。

研究実績の概要

これまでの研究で腎臓の前駆細胞群を同定したが、現在、これらの腎臓前駆細胞群がどのように発生過程において形成されるかは不明な点が多い。本研究では、腎臓発生開始直前の中間中胚葉亜集団群の細胞系譜を、生体マウス胎児内で決定した。これらの中間中胚葉亜集団群のうち、Grem1陽性中間中胚葉亜集団が、腎臓特異的な始原細胞であることを明らかにした。まず、生体マウス胎児内でGrem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜を決定することで、Grem1陽性中間中胚葉亜集団が腎臓特異的に分化し、ネフロンと間質を形成することを明らかにした。さらに生体マウス胎児内で、動的DNAバーコードを用いた網羅的1細胞系譜解析によって、単一のGrem1陽性中間中胚葉亜集団はネフロンと間質の両方に分化する多分化能を有していることを明らかにした。また、Grem1を介したBMPシグナリングが、Grem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜を制御していることを発見した。このGrem1を介したBMPシグナリングによるGrem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜への影響を詳しく調べるため、1細胞RNA-seq解析を行った。今後はGrem1陽性中胚葉亜集団細胞の細胞系譜と制御機構をさらに詳細に明らかにしていく計画である。

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

腎臓発生開始直前のGrem1陽性中胚葉は、腎臓に特異的に分化することを発見した。腎臓細胞種マーカーを用いた免疫蛍光多重染色を共焦点顕微鏡観察することで、Grem1陽性中胚葉亜集団はネフロンと間質に分化することを明らかにした。動的遺伝子バーコードを用いた網羅的１細胞系譜をマウス生体内で行ったところ、単一のGrem1陽性中胚葉亜集団はネフロンと間質の両方に分化可能な多分化能を有した前駆細胞であることを明らかにした。さらに、Grem1欠損ホモ接合型マウスでは、Grem1陽性中胚葉亜集団細胞由来の細胞分布に異常が見られた。このGrem1欠損による細胞系譜の変化について、さらに詳しく調べるため、1細胞RNA-seq解析を行った。

今後の研究の推進方策

さらなる腎臓細胞種マーカーを用いた免疫蛍光多重染色を共焦点顕微鏡観察することによって、Grem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜をさらに詳細に決定する計画である。また、Grem1欠損による細胞系譜の変化について、得られた1細胞RNA-seqを解析し、遺伝子レベルの変化や、データから示唆されるGrem1機能について明らかにする計画である。さらに、Grem1陽性中間中胚葉亜集団細胞系譜のマウス・ヒト種間保存の検討を行うため、マウスES細胞由来ガストロイドにおけるGrem1陽性中間中胚葉亜集団の細胞系譜決定を行う予定である。