間葉系細胞-間質性細胞相互作用の肺-骨髄間クロストークの意義の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 間質リテラシ―：間質の細胞多様性に基づく疾患メカニズムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 22H05064
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 七野 成之 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 講師 (70822435)
• 研究分担者: 尾松 芳樹 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (80437277)
• 研究期間 (年度): 2022-05-20 – 2025-03-31
• キーワード: 肺間質ネットワーク / 骨髄間質ネットワーク / single-cell RNA-seq

研究実績の概要

多様な細胞集団で構成される間質は、生体の種々の臓器の恒常性維持や病態発現において実質と同等かそれ以上に重要な役割を担っている。間質において、間葉系細胞や血球細胞を始めとした多様な細胞が織りなす相互作用の、間質機能の維持における重要性が解明されつつあるが、多様な複雑系細胞クロストークで構成される間質性細胞ネットワークの、異なる臓器間の共通性や差異、ネットワーク同士の相互作用は全く明らかではない。本研究提案では、間質がその機能維持において重要な肺及び骨髄に着目し、両者の間質性細胞ネットワークの実態、生理的意義、細胞・分子機構の解明を目的とした。
2023年度は、生物種横断的な疾患肺の間質ネットワークの差異、及び骨髄間質の恒常性維持に係わる細胞や分子につき解析を実施した。ヒト間質性肺炎検体70例、各種マウス肺傷害モデル、微細粒子によるラット間質性肺炎モデル、ブタ間質性肺炎モデルにつきscRNA-seq解析を実施した。その中で、ヒトの予後不良肺線維化病態で特異的に見出された肺胞上皮細胞は、ラットおよびブタ疾患モデルでは同様の遺伝子signatureをもつ細胞が見出されたが、マウスではいずれの疾患モデルにおいても見出されなかった。
骨髄に関し、CAR細胞は骨髄造血や造血幹細胞の維持に必須のサイトカインCXCL12とSCFの主要な産生細胞である。様々な疾患において、CAR細胞の産生するサイトカインの低下が認められる。CAR細胞の産生するCXCL12の造血幹細胞に対する機能の詳細を明らかにするため、CXCL12を欠損させたCAR細胞と欠損していないCAR細胞を区別できるような遺伝子改変マウスを作製し解析した。その結果、CAR細胞が産生するCXCL12が骨髄内で造血幹細胞を誘引し、造血幹細胞、特に免疫細胞をより多く産生する造血幹細胞の維持に必須の役割を果たすことを明らかにした。

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

2023年度は、生物種横断的な疾患肺の間質ネットワークの差異、及び骨髄間質の恒常性維持に係わる細胞や分子につき解析を実施した。ヒト間質性肺炎検体70例、各種マウス肺傷害モデル、微細粒子によるラット間質性肺炎モデル、ブタ間質性肺炎モデルにつきscRNA-seq解析を実施した。その中で、ヒトの予後不良肺線維化病態で特異的に見出された肺胞上皮細胞は、ラットおよびブタ疾患モデルでは同様の遺伝子signatureをもつ細胞が見出されたが、マウスではいずれの疾患モデルにおいても見出されなかった。この疾患特異的上皮細胞は線維芽細胞やマクロファージと強く相互作用し、とくに線維化や組織リモデリングに関与する相互作用が強いことが見出された。またヒトの予後良好な検体で特異的に増加しているマクロファージも見出された。
骨髄に関し、CAR細胞は骨髄造血や造血幹細胞の維持に必須のサイトカインCXCL12とSCFの主要な産生細胞である。様々な疾患において、CAR細胞の産生するサイトカインの低下が認められる。CAR細胞の産生するCXCL12の造血幹細胞に対する機能の詳細を明らかにするため、CXCL12を欠損させたCAR細胞と欠損していないCAR細胞を区別できるような遺伝子改変マウスを作製し解析した。その結果、CAR細胞が産生するCXCL12が骨髄内で造血幹細胞を誘引し、造血幹細胞、特に免疫細胞をより多く産生する造血幹細胞の維持に必須の役割を果たすことを明らかにした。このように、生物種特異的な間質ネットワークの差異が見出され、骨髄のネットワークの実態についても解析が進んでいることから、当初の研究目的の達成に向けて順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

2024年度は、2023年度までの結果に基づき、肺間質ネットワークに関しては、ブタやラット、ヒト疾患検体を用いたオルガノイドや遺伝子改変ラット等を用い、とくに疾患特異的な肺胞上皮細胞-間質細胞・マクロファージとの相互作用ネットワークと、疾患特異的上皮細胞の誘導機構の解析をすすめる。また疾患の予後良好さと相関するマクロファージについても、骨髄からの動員機構について遺伝子改変マウス等を用いて解析をすすめる。肺ー骨髄の間質ネットワークの相互作用の理解を目指し、領域の推進に貢献する。

研究成果

• [雑誌論文] CD8+ T cell memory induced by successive SARS-CoV-2 mRNA vaccinations is characterized by shifts in clonal dominance. (2024)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Aoki Masahiro Kitabatake Haruka Abe Peng Xu Mikiya Tsunoda Shigeyuki Shichino Atsushi Hara Noriko Ouji-Sageshima Chihiro Motozono Toshihiro Ito Kouji Matsushima Satoshi Ueha
  • 雑誌名: Cell reports 巻: 43 ページ: 113887-113887
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113887
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NR4a1/2 deletion promotes accumulation of TCF1+ stem-like precursors of exhausted CD8+ T cells in the tumor microenvironment. (2024)
  • 著者名/発表者名: Tanakorn Srirat,Taeko Hayakawa,Setsuko Mise-Omata,Kensuke Nakagawara,Makoto Ando,Shigeyuki Shichino,Minako Ito,Akihiko Yoshimura
  • 雑誌名: Cell reports 巻: 43 ページ: 113898-113898
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113898
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell transcriptomics identifies the differentiation trajectory from inflammatory monocytes to pro-resolving macrophages in a mouse skin allergy model. (2024)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Miyake,Junya Ito,Kazufusa Takahashi,Jun Nakabayashi,Frank Brombacher,Shigeyuki Shichino,Soichiro Yoshikawa,Sachiko Miyake,Hajime Karasuyama
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 15 ページ: 1666
  • DOI: 10.1038/s41467-024-46148-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycosylation profiles of breast cancer cells may represent clonal variations of multiple organ metastases. (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Horimoto,May Thinzar Hlaing,Harumi Saeki,Kaori Denda-Nagai,Katrin Ishii-Schrade,Haruhiko Fujihira,Masaaki Abe,Miki Noji,Shigeyuki Shichino,Mitsue Saito,Tatsuro Irimura
  • 雑誌名: Clinical & experimental metastasis 巻: 1 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10585-023-10253-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell transcriptome profiling of pancreatic islets from early diabetic mice identifies Anxa10 for Ca2+ allostasis toward β-cell failure. (2024)
  • 著者名/発表者名: Kaori Motomura,Takashi Matsuzaka,Shigeyuki Shichino,,Hitoshi Shimano, et al.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 73 ページ: 75-92
  • DOI: 10.2337/db23-0212
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phospholipase A2 Group IIA Is Associated with Inflammatory Hepatocellular Adenoma. (2023)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro Iwabuchi,Kenta Takahashi,Kazunori Kawaguchi,Akihisa Nagatsu,Tadashi Imafuku,Shigeyuki Shichino,Kouji Matsushima,Akinobu Taketomi,Masao Honda,Shinichi Hashimoto
  • 雑誌名: Cancers 巻: 16 ページ: -
  • DOI: 10.3390/cancers16010159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of the cerebral cortex of acrylamide-exposed wild-type and IL-1β-knockout mice. (2023)
  • 著者名/発表者名: Alzahraa Fergany,Cai Zong,Frederick Adams Ekuban,Bin Wu,Satoshi Ueha,Shigeyuki Shichino,Kouji Matsushima,Yoichiro Iwakura,Sahoko Ichihara,Gaku Ichihara
  • 雑誌名: Archives of toxicology 巻: 1 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00204-023-03627-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fibroblast growth factor 18 stimulates the proliferation of hepatic stellate cells, thereby inducing liver fibrosis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Tsuchiya,Takao Seki,Kenta Kobayashi,Shigeyuki Shichino,Hiroyasu Nakano, et al.
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 14 ページ: 6304-6304
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42058-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single cell transcriptomics clarifies the basophil differentiation trajectory and identifies pre-basophils upstream of mature basophils. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Miyake,Junya Ito,Jun Nakabayashi,Shigeyuki Shichino,Kenji Ishiwata,Hajime Karasuyama
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 14 ページ: 2694-2694
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38356-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Angiopoietin-like 4 is a critical regulator of fibroblasts during pulmonary fibrosis development. (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Saito,Masahiro Kitabatake,Noriko Ouji-Sageshima,Tatsuro Ogawa,Akihisa Oda,Tomoko Nishimura,Tatsuki Nishioka,Satoki Fushimi,Atsushi Hara,Shigeyuki Shichino,Makiko Kumamoto,Shigeto Hontsu,Takeshi Kawaguchi,Satoshi Ueha,Noriyoshi Sawabata,Shigeo Muro,Kouji Matsushima,Toshihiro Ito
  • 雑誌名: American journal of respiratory cell and molecular biology 巻: 69 ページ: 328-339
  • DOI: 10.1165/rcmb.2022-0304OC
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ebf3+ niche-derived CXCL12 is required for the localization and maintenance of hematopoietic stem cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakatani T, Sugiyama T, Omatsu Y, Watanabe H, Kondoh G, Nagasawa T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 6402-6402
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42047-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular niches for hematopoietic stem cells in bone marrow under normal and malignant conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Omatsu Y
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 43 ページ: 15-15
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00267-5
  • 査読あり
• [学会発表] 1.Investigation of the pathophysiology of lung fibrosis by a highly-sensitive single-cell RNA-seq methods TAS-Seq (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之, 上羽悟史, 松島綱治
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセル解析技術開発と肺疾患・がん免疫応答研究への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 学会等名: 第１回東京理科大学 血液がん・免疫・数理融合研究シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 高汎用性・高感度cDNA 増幅法TAS-Seq2 の開発と病態研究への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 七野成之, 上羽悟史, 安田純子, 飯岡恵里香, 池田達彦, Jordan Kelly Villa, 山下和男, 松島綱治
  • 学会等名: NGS EXPO 2023
  • 招待講演
• [学会発表] 定常状態および疾患における造血幹細胞ニッチ (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾松芳樹
  • 学会等名: 第22回 日本再生医療学会総会, シンポジウム
  • 招待講演
• [図書] 『実験デザインからわかる シングルセル研究実践テキスト』1.『実験デザインからわかる シングルセル研究実践テキスト』「第6章 実験の基本フロー. 3．nanowell方式のscRNA-Seq解析プラットフォーム」「第10章 二次解析，グラフィカルな表現法，共有. 3．シングルセルレパトア解析の現状」 (2024)
  • 著者名/発表者名: 七野成之
  • 総ページ数: 323
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-2270-2