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皮膚再生・再生不全を制御するシグナル伝達の時間軸変換の数理の解明

公募研究

研究領域数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
研究課題/領域番号 19H04954
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

難波 大輔  東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10380255)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード表皮幹細胞 / 表皮角化幹細胞
研究開始時の研究の概要

細胞内シグナル伝達という分・時単位の現象が、組織再生や老化といった、日単位、さらに月・年単位の現象へと変換されるシグナル伝達の時間軸変換の機構は全く解明されていない。本研究では、表皮の再生・老化現象における表皮幹細胞動態をモデルとし、幹細胞内シグナル伝達経路の活性化または減弱化→幹細胞動態変化→組織再生・老化という過程を、EGFRシグナルによる幹細胞動態の変化の速度論的解析とその反応拡散系モデル、さらに多細胞間相互作用の物理モデルによる細胞集団動態予測を融合することで、シグナル伝達の時間軸変換の機構を数理的に理解することを目指す。

研究実績の概要

細胞内シグナル伝達は、細胞レベルの機能調節を行うことによって、個体発生過程における組織の形成だけでなく、組織再生や老化といった現象にも関与しているが、細胞内シグナル伝達という分・時単位の現象が、組織再生や老化といった、日単位、さらに月・年単位の現象へと変換される機構、すなわち、小さな歯車の運動が、大きな歯車の運動に変換されるようなシグナル伝達の時間軸変換の機構は全く解明されていない。本研究では、表皮の再生・老化現象における表皮幹細胞動態をモデルとし、幹細胞内シグナル伝達経路の活性化または減弱化→幹細胞動態変化→組織再生・老化という過程を、EGFRシグナルによる幹細胞動態の変化の速度論的解析と、多細胞間相互作用の物理モデルによる細胞集団動態予測を融合することで、シグナル伝達の時間軸変換の機構を数理的に理解すること、また、マウスの皮膚創傷治癒モデルや老化モデル、さらには糖尿病性潰瘍の臨床サンプルを検証することで、老化や糖尿病による組織再生不全が、シグナル伝達の時間軸変換のどこに起因するかを明らかにするを目的とした。研究を行った結果、EGFRシグナルの活性化によって、表皮幹細胞の遊走能が亢進すること、それには、EGFR活性化によるTissue Inhibitor of Metalloproteinases 1 (TIMP-1)の発現誘導と、TIMP-1による膜タンパク質であるXVII型コラーゲン (COL17A1)の安定化が必要であることが明らかとなった。また老化マウスでの創傷治癒実験を行ったところ、老化マウスでは若齢マウスとくらべ、創傷部でのEGFRのリン酸化程度が減少していた。以上の結果から、加齢による皮膚創傷治癒能の低下は、EGFRシグナル低下による表皮幹細胞の遊走能低下が原因の一つであることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2019

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] EGFR-mediated epidermal stem cell motility drives skin regeneration through COL17A1 proteolysis2021

    • 著者名/発表者名
      Nanba D, Toki F, Asakawa K, Matsumura H, Shiraishi K, Sayama K, Matsuzaki K, Toki H, Nishumura EK.
    • 雑誌名

      J Cell Biol

      巻: 220 号: 11

    • DOI

      10.1083/jcb.202012073

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Label-free quality control and identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based automated cell tracking2021

    • 著者名/発表者名
      Hirose T, Kotoku J, Toki F, Nishimura EK, Nanba D
    • 雑誌名

      Stem Cells

      巻: 39 号: 8 ページ: 1091

    • DOI

      10.1002/stem.3371

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stem cell competition orchestrates skin homeostasis and ageing2019

    • 著者名/発表者名
      Liu N, Matsumura H, Kato T, Ichinose S, Takada A, Namiki T, Asakawa K, Morinaga H, Mohri Y, De Arcangelis A, Geroges-Labouesse E, Nanba D, Nishimura EK
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 568(7752) 号: 7752 ページ: 344-350

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1085-7

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] IGF-1R Deficiency in Human Keratinocytes Disrupts Epidermal Homeostasis and Stem Cell Maintenance2019

    • 著者名/発表者名
      Muraguchi T, Nanba D, Nishimura EK, Tashiro T.
    • 雑誌名

      J Dermatol Sci

      巻: 94 号: 2 ページ: 298-305

    • DOI

      10.1016/j.jdermsci.2019.05.001

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noninvasive Measurement of Cell/Colony Motion Using Image Analysis Methods to Evaluate the Proliferative Capacity of Oral Keratinocytes as a Tool for Quality Control in Regenerative Medicine2019

    • 著者名/発表者名
      Hoshikawa E, Sato T, Kimori Y, Suzuki A, Haga K, Kato H, Tabeta K,?Nanba D, Izumi K.
    • 雑誌名

      J Tissue Eng

      巻: 10 ページ: 204173141988152-204173141988152

    • DOI

      10.1177/2041731419881528

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Human keratinocyte stem cells: From cell biology to cell therapy.2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D.
    • 雑誌名

      J Dermatol Sci

      巻: 96 号: 2 ページ: 66-72

    • DOI

      10.1016/j.jdermsci.2019.10.002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valve Interstitial Cell-Specific Cyclooxygenase-1 Associated With Calcification of Aortic Valves.2019

    • 著者名/発表者名
      Sakaue T, Hamaguchi M, Aono J, Nakashiro KI, Shikata F, Kawakami N, Oshima Y, Kurata M,?Nanba D, Masumoto J, Yamaguchi O, Higashiyama S, Izutani H.
    • 雑誌名

      Ann Thorac Surg

      巻: S0003-4975 号: 1 ページ: 31717-5

    • DOI

      10.1016/j.athoracsur.2019.09.085

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Automated collective motion analysis validates human keratinocyte stem cell cultures.2019

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita K, Munesue T, Toki F, Isshiki M, Higashiyama S, Barrandon Y, Nishimura EK, Yanagihara Y,?Nanba D.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 9 号: 1 ページ: 18725-18725

    • DOI

      10.1038/s41598-019-55279-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of the proliferative potential of skin keratinocytes and fibroblasts isolated from critical limb ischemia patients.2019

    • 著者名/発表者名
      Toki F,?Nanba D, Nishimura EK, Matsuzaki K.
    • 雑誌名

      Regen Ther

      巻: 14 ページ: 222-226

    • DOI

      10.1016/j.reth.2020.03.016

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Label-free quality control and identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based automated cell tracking2021

    • 著者名/発表者名
      Hirose T, Kotoku J, Toki F, NIshimura EK, Nanba D
    • 学会等名
      日本研究皮膚科学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Tracing stem cell motion in human keratinocyte colonies using deep learning-based object tracking2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D
    • 学会等名
      1st Japan-Singapore International Skin Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Label-free identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based quantitative cell motion analysis.2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D, Hirose T, Toki F, Nishimura EK, Kotoku J.
    • 学会等名
      49th Annual European Society for Dermatological Research (ESDR) Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

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