アミノ酸による造血幹細胞制御と新規治療法の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02661
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中内 啓光 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40175485)
• 研究分担者: 山崎 聡 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (50625580)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 造血幹細胞 / アミノ酸 / 培地 / バリン

研究実績の概要

申請者は去年度、本研究課題を通じて生体内におけるアミノ酸濃度バランスが造血幹細胞を制御することを明らかにした(Yata et al., Science 2016)。特に、バリン濃度が非常に低い環境下においてはin vitro, in vivo共に造血幹細胞の自己複製ならび増殖が著しく低下することを明らかにした。また本研究を行う中で、造血幹細胞を培養する培養液中の成分を見直ししなければならないという考えに至り、新たな造血幹細胞の培地成分についての報告をした（Ieyasu et al., Stem cell Reports）。その他にも本研究課題を基に造血幹細胞における研究報告を複数した。

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

申請者らは既に培養によって造血幹細胞の維持に特定のアミノ酸が必須であるというデータを得た。このアミノ酸のin vivoにおける造血能への影響を調べるために特定のアミノ酸を欠く合成飼料を作成し、この飼料ならびに全てのアミノ酸を入れた飼料をそれぞれ マウスに与えたところ、造血幹細胞の数が激減することを見出した。また、両グループでの造血系の変化を経時的に解析した。造血能に異常が見られたマウスに関しては骨髄細胞をFACSにて、また骨髄、脾臓、胸腺についてはその切片を免疫蛍光染色等により詳細に解析した。その結果様々な免疫系細胞や造血系細胞で異常が認められた。

Valine(-),Valine(+)の両方の培養液で種々の期間培養した造血幹細胞からRNAを抽出し、遺伝子発現解析を行い、Valine依存性、非依存性の発現を示す遺伝子群を同定する。
骨髄中でのValine産生細胞を同定することを目的とし、osteoblast, MSC, 血管内皮細胞、神経細胞等を骨髄中より回収し、培養して培養液中に分泌されるアミノ酸を定量する。

今後の研究の推進方策

今後の方針としては以下の3つ項目を精力的に行う。1)造血幹細胞および骨髄ニッチ側のValine依存性の解明
薬剤や遺伝子ノックアウト（GCN KOマウス）などによってシグナル伝達機構がブロックされている状況でのValine依存性をしらべる。薬剤としてはrapamycin, eIF2B阻害薬, アミノ酸トランスポーターであるLAT1阻害薬など、ノックアウトマウスとしてはGCN2 KOマウス, LAT1 KOマウスを考えている。
２）造血幹細胞以外の組織幹細胞の維持・増殖に対するValineならびに他のアミノ酸の影響。
前年度に造血幹細胞以外の組織幹細胞にも特定のアミノ酸に対する依存性が確認された場合はその組織幹細胞とその組織の分化過程に対する影響を詳細に解析する。
３）Valine摂取制限を利用した造血幹細胞移植法の確立
免疫不全患者に対するモデルに引き続き、やはり小児科領域で造血幹細胞移植を必要とする代表的な疾患であるFanconi貧血症モデルマウスを入手し、このマウスを対象としてValine摂取制限による造血幹細胞移植を試み、この手法が一般的に利用できるものかどうかを検証する。前年度までに得られた造血幹細胞や骨髄ニッチ細胞のアミノ酸依存性に関するデータを基に、 再生不良性貧血、MDSなど造血不全が根底にある疾患モデルマウスに対してアミノ酸の投与を行い、治療的な効果の有無を検索する。また、Valine摂取制限を施した免疫不全マウスがヒト造血幹細胞の移植にも使えるかどうかを確認する。

研究成果

• [雑誌論文] Continuous cell supply from Krt7-expressing hematopoietic stem cells during native hematopoiesis revealed by targeted in vivo gene transfer method (2017)
  • 著者名/発表者名: Tajima Yoko、Ito Keiichi、Umino Ayumi、Wilkinson Adam C.、Nakauchi Hiromitsu、Yamazaki Satoshi
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 40684～40684
  • DOI: 10.1038/srep40684
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An All-Recombinant Protein-Based Culture System Specifically Identifies Hematopoietic Stem Cell Maintenance Factors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ieyasu Aki、Ishida Reiko、Kimura Takaharu、Morita Maiko、Wilkinson Adam C.、Sudo Kazuhiro、Nishimura Toshinobu、Ohehara Jun、Tajima Yoko、Lai Chen-Yi、Otsu Makoto、Nakamura Yukio、Ema Hideo、Nakauchi Hiromitsu、Yamazaki Satoshi
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 8 ページ: 500～508
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.01.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pharmacological targeting of plasmin prevents lethality in a murine model of macrophage activation syndrome (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimazu Hiroshi、Munakata Shinya、Tashiro Yoshihiko、Salama Yousef、Dhahri Douaa、Eiamboonsert Salita、Ota Yasunori、Onoda Haruo、Tsuda Yuko、Okada Yoshio、Nakauchi Hiromitsu、Heissig Beate、Hattori Koichi
  • 雑誌名: Blood 巻: 130 ページ: 59～72
  • DOI: 10.1182/blood-2016-09-738096
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pre-Transplantation Blockade of TNF-alpha-Mediated Oxygen Species Accumulation Protects Hematopoietic Stem Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishida, T., Suzuki, S., Lai, C. Y., Yamazaki, S., Kakuta, S., Iwakura, Y., Nojima, M., Takeuchi, Y., Higashihara, M., Nakauchi, H. and Otsu, M
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 35 ページ: 989-1002
  • DOI: 10.1002/stem.2524
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hoxb5 marks long-term haematopoietic stem cells and reveals a homogenous perivascular niche (2016)
  • 著者名/発表者名: Chen, J. Y., Miyanishi, M., Wang, S. K., Yamazaki, S., Sinha, R., Kao, K. S., Seita, J., Sahoo, D., Nakauchi, H. and Weissman IL
  • 雑誌名: Nature 巻: 530 ページ: 223-7
  • DOI: 10.1038/nature16943
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal Reconstruction of the Human Blastocyst by Single-Cell Gene-Expression Analysis Informs Induction of Naive Pluripotency (2016)
  • 著者名/発表者名: Durruthy-Durruthy, J., Wossidlo, M., Pai, S., Takahashi, Y., Kang, G., Omberg, L., Chen, B., Nakauchi, H., Reijo Pera, R. and Sebastiano, V
  • 雑誌名: Dev Cell 巻: 38 ページ: 100-15
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2016.06.014
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple allogeneic progenitors in combination function as a unit to support early transient hematopoiesis in transplantation (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishida, T., Takahashi, S., Lai, C. Y., Nojima, M., Yamamoto, R., Takeuchi, E., Takeuchi, Y., Higashihara, M., Nakauchi, H. and Otsu, M
  • 雑誌名: J Exp Med 巻: 213 ページ: 1865-80
  • DOI: 10.1084/jem.2015149
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Setdb1 maintains hematopoietic stem and progenitor cells by restricting the ectopic activation of nonhematopoietic genes (2016)
  • 著者名/発表者名: Koide, S., Oshima, M., Takubo, K., Yamazaki, S., Nitta, E., Saraya, A., Aoyama, K., Kato, Y., Miyagi, S., Nakajima-Takagi, Y., Chiba, T., Matsui, H., Arai, F., Suzuki, Y., Kimura, H., Nakauchi, H., Suda, T., Shinkai, Y. and Iwama, A
  • 雑誌名: Blood 巻: 128 ページ: 638-49
  • DOI: 10.1182/blood-2016-01-694810
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Depleting dietary valine permits nonmyeloablative mouse hematopoietic stem cell transplantation (2016)
  • 著者名/発表者名: Taya, Y., Ota, Y., Wilkinson, A. C., Kanazawa, A., Watarai, H., Kasai, M., Nakauchi, H. and Yamazaki, S
  • 雑誌名: Science 巻: 354 ページ: 1152-1155
  • DOI: 10.1126/science.aag3145
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Non-myeloablative preconditioning with ACK2 (anti-c-kit antibody) is efficient in bone marrow transplantation for murine models of mucopolysaccharidosis type II (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoi, T., Yokoi, K., Akiyama, K., Higuchi, T., Shimada, Y., Kobayashi, H., Sato, T., Ohteki, T., Otsu, M., Nakauchi, H., Ida, H. and Ohashi, T
  • 雑誌名: Mol Genet Meta 巻: 119 ページ: 232-238
  • DOI: 10.1016/j.ymgme.2016.08.003
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 幹細胞ニッチ：細胞から臓器へ～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 中内 啓光
  • 学会等名: 東京免疫フォーラム
  • 発表場所: 東京大学医科学研究所、東京
  • 年月日: 2017-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From Stem Cells to Organs: Exploiting the organ niche for interspecies organogenesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: Erasmus MC workshop
  • 発表場所: Rotterdam, Netherland
  • 年月日: 2016-11-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stem Cell niche--from cells to organs (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: 7th Annual Stem Cell Biology and Regenerative Medicine Retreat
  • 発表場所: Monterey, California,USA
  • 年月日: 2016-09-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From Stem Cells to Organs: Exploiting the organ niche for interspecific organogenesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: Advances in Organogenesis and Tissue Engineering Symposia at John Hopkins University
  • 発表場所: Baltimore, Maryland,USA
  • 年月日: 2016-05-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stem Cell Niche-From Cells to Organs (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: University of Southern California
  • 発表場所: Los Angeles, California,USA
  • 年月日: 2016-05-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stem cell niche" from cells and organs (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: Stower’s Li Lab
  • 発表場所: Kansas City, Missouri,USA
  • 年月日: 2016-05-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 成人T細胞白血病リンパ腫を処置することに用いるための組成物およびその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 中内啓光、石垣知寛、山崎聡、田矢祐規
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-154646
  • 出願年月日: 2016-08-05