研究課題
本研究は、我々がこれまで同定した心臓細胞の新たな系譜である頭部（前耳胞）神経堤細胞と胚外に生じる原羊膜壁側中胚葉を中心に、心臓における起源細胞の多能性と多様性、時空間的な分布パターン、細胞運命を明らかにしつつ、鳥類胚のラベル実験などにより心臓形成に寄与する全細胞系譜マップの完成を目指すものである。脊索動物から脊椎動物、羊膜類と進化する過程で獲得されたと考えられるこれらの細胞系譜が他の細胞群とどのように相互作用し、心臓形態の複雑化にどのように寄与しているのかを明らかにし、さらにこれらの知見を基盤として、マウス－鳥類間のキメラ移植実験などを用いて組織再生に最適化された細胞移植による再生戦略を探究することを目的としている。平成２７年度は、これまで頭頚部の骨格形成に寄与していると考えられてきた前耳胞領域の頭部神経堤細胞が心臓内に流入し、冠動脈平滑筋はじめ心臓内の構造に広く寄与することを鳥類胚のラベル実験やキメラ移植実験によって示すとともに、マウス胚組織の網羅的遺伝子発現解析からc-Kit陽性の幹細胞様細胞群を含む細胞集団を形成することを見出した。冠動脈形成においては、神経発生などで反発性シグナルとして働くセマフォリンシグナルの欠損によって著しい異常が生じることから、この分子が異なる細胞系譜間の相互作用シグナルの１つとして位置づけられる可能性が示された。また、これまで心臓や血管の形成に関与する中胚葉領域は臓側葉中胚葉と沿軸中胚葉と考えられてきたが、体壁や羊膜の起源となる壁側葉中胚葉からも鰓弓や心臓内に細胞が流入し、心筋細胞などに分化することを見出した。
2: おおむね順調に進展している
心大血管の新たな起源領域を探索する研究過程で、羊膜や体壁を形成する壁側葉領域から細胞が心臓内に遊走してくるという知見が生じ、そのために細胞動態をリアルタイムで観察し、その運命を追跡することでこの知見を裏付け、心臓形成に対する役割を明らかにする必要が生じ、繰り越し申請を行って平成２８年度に研究を継続した。これにより、マウスと鳥類胚において細胞ラベリングと移植を組み合わせ、タイムラプスイメージングで観察することで、本知見を異なる視点と方法論で検証し、論文としてまとめる段階に達した。一方、頭部（前耳胞）神経堤細胞由来の細胞系譜に関しては、冠動脈近位部の平滑筋に加えて大動脈弁・肺動脈弁を形成する間葉系細胞などに分化するとともに、c-Kit陽性の未分化細胞として幹細胞の形質を保っている可能性のある細胞として存在することが明らかになった。また、マウスにおけるレチノイン酸投与実験により、これらの前耳胞神経堤細胞の心臓への遊走・分化にはレチノイン酸シグナルが関与している可能性が考えられた。さらに、派生的研究として、神経堤細胞関連で頭部骨格形成に関する倉谷滋博士（理研）らとの共同研究が進展し、哺乳類と単弓類（爬虫類、鳥類）の鼓膜は進化の過程でそれぞれ独立に獲得されたという進化生物学上の仮説を実験発生学的に証明することができた。本研究は、進化の論争的課題に対して実験発生学的に実証的解明が可能でいることを示したものでもあり、今後理論と実験の連携研究領域を広げていく意味でも意義の大きな新しい展開であると考えられる。
胚外に生じる原羊膜壁側中胚葉の心臓組織への寄与については、既に論文化して投稿準備に入っており、査読の過程でさらに検証や問題点の洗い出しとその解決を進める。セマフォリンシグナルによる冠動脈形成、レチノイン酸による前耳胞神経堤細胞の制御機構についてもほぼ同様のレベルに達しており、論文化を進める。また、神経堤細胞におけるc-Kit陽性の幹細胞様細胞群や壁側中胚葉における心筋分化能を保持した細胞については、単一細胞レベルの遺伝子発現解析やマーカー分子による細胞同定をさらに進めており、細胞系譜マップの完成とともに、マウスにおける心筋梗塞などの病態での細胞動態や心筋再生の可能性について、当初の予定どおり研究を進める。
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すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)
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