ヒト胚性幹細胞由来血管前駆細胞を用いた血管発生分化機構の解明と血管再生医学応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15209028
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 伊藤 裕 京都大学, 医学研究科, 助教授 (40252457)
• 研究分担者: 仁藤 新治 田辺製薬(株), 創薬研究所, 主任研究員 ; 中山 泰秀 国立循環器病センター研究所, 室長 (50250262) ; 山下 潤 京都大学, 再生医科学研究所, 助教授 (50335288)
• キーワード: ES細胞 / 再生医療 / 前駆細胞 / 血管新生 / ナトリウム利尿ペプチド / アドレノメジュリン

研究概要

最近我々は、"全能性"と無限の増殖能を有するマウス胚性幹細胞(Embryonic Stem Cells ; ES細胞)より内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方への分化が可能な、"血管前駆細胞(幹細胞)"と我々が命名した細胞の単離同定に成功した(Nature 40:92-96,2000)。そこで本研究課題においては、この我々の発見したES細胞由来血管前駆細胞(ES cell-derived Vascular Progenitor Cells : ES-VPC)のノウハウに基づき、ヒトES細胞由来血管前駆細胞(human ES-VPC ; hES-VPC)を同定し、このhES-VPCを用いてヒト血管発生分化の分子機構を明らかにし、その知見をもとに生体において血管再生を試み虚血壊死に至りつつある心筋細胞や神経細胞を保護し再生させることで、新しい再生医療を開発するトランスレーショナルリサーチを行うことを目的とする。
1.ヒトES細胞からの血管前駆細胞の同定とin vitroでの血管構築
マウスES細胞においては、VPCはVEGF受容体の一つであるFlk-1陽性の細胞である。一方、我々はサルES細胞を用いた血管系細胞分化の検討を行った。その結果、サルES細胞では未分化な段階で既にFlk-1が陽性であり、この細胞からは血管系細胞は分化誘導できなかった。一方、未分化サルES細胞とOP9フィーダー細胞上培養することで、Flk-1が一時陰性化し、その後Flk-1の発現を認めるようになる。このFlk-1細胞からは、内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方が分化し、霊長類ES細胞のVPCの分化動態がマウスとは明らかに異なることを明らかにした。そこで同様の検討を、文部科学省により認可を受けた海外樹立ヒトES細胞を用いて検討した結果、OP9フィーダー細胞上で培養を行うことで、未分化マーカーであるTRA-1が陰性化したFlk-1陽性の細胞がVPCとしての性状を有することを明らかにした。
2.血管ホルモンを用いた血管前駆細胞の体外セルプロセッシング
我々は、強力な血管平滑筋弛緩作用を有するナトリウム利尿ペプチド(ANP、BNP及びCNP)が、その受容体である膜型グアニル酸シクラーゼに結合し、cGMP産生の亢進に引き続くcGMP依存性プロテインキナーゼ(Gキナーゼ)の活性化により血管再生を促進することを、我々の開発したBNP、Gキナーゼトランスジェニックマウス、Gキナーゼノックアウトマウス及びCNPの生体への遺伝子導入により明らかにした。更に、同じく血管で産生される血管拡張ペプチドであるアドレノメジュリン(AM)も、cAMP依存性キナーゼ(Aキナーゼ)、PI3キナーゼ/Aktキナーゼの活性化により血管再生を促進することを報告した。この知見を基に、AMがマウスES細胞由来VPCから高率に内皮細胞を分化誘導し得ることを見いだした。更に、AMを用いin vitroで分化誘導大量培養した霊長類ES細胞由来VPCをヌードマウスに移植することにより、有効な血管再生を実現し得ることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Yurugi-Kobayashi et al.: "Contribution of transplanted vascular progenitor cells derived from embryonic stem cells to adult neovascularization in proper differentiation stage"Blood. 101. 2675-2678 (2003)
• [文献書誌] H.Kook et al.: "Physiological concentration of atrial natriuretic peptide induces endothelial regeneration in vitro"Am.J.Physiol.Heart Circ.Physiol.. 284. H1388-H1397 (2003)
• [文献書誌] K.Masatsugu et al.: "Shear stress attenuates endothelin and endothelin converting enzyme expression through oxidative stress"Regulatory Peptides. 111. 13-19 (2003)
• [文献書誌] K.Yamahara et al.: "Significance and therapeutic potential of natriuretic peptides/cGMP/cGMP-dependent protein kinase pathway in vascular regeneration"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100. 3404-3409 (2003)
• [文献書誌] K.Miyashita et al.: "Adrenomedullin promotes proliferation and migration of cultured endothelial cells"Hypertens.Res.. 26. S93-S98 (2003)
• [文献書誌] M.Sone et al.: "Different differentiation kinetics of vascular progenitor cells in primate and mouse embryonic stem cells"Circulation. 107. 2085-2088 (2003)
• [文献書誌] TH.Chun et al.: "Modification of GATA-2 transcriptional activity in endothelial cells by the SUMO E3 ligase PIASy."Circ.Res.. 92. 1201-1208 (2003)
• [文献書誌] K.Miyashita et al.: "Adrenomedullin provokes endothelial Akt activation and promotes vascular regeneration both in vitro and in vivo."FEBS Lett.. 544. 86-92 (2003)