骨格筋再生における筋幹細胞の活性化機構の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04793
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 瀬原 淳子 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (60209038)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 再生医学 / 細胞・組織 / 発生・分化 / 生体分子 / ゲノム

研究実績の概要

骨格筋には、激しい運動や疾患により損傷すると、それを効率よく修復する高い再生能力がある。再生に関わる筋幹細胞は、発生期の筋前駆細胞同様Pax7(+)細胞系譜であるが発生期と異なり普段は静止期にあり、損傷時にのみ活性化されて多核の筋繊維を再生するとともに、自己複製して次の筋再生に備える。一方その静止期からの活性化は、筋形成転写因子Myf-5/MyoDの発現とそれに続く非対称分裂をもたらすが、これらのプロセスの引き金と促進に関わる細胞・分子機構は未解明なところが多い。本研究は、マルチフォトン顕微鏡を用いて生きたマウス個体で筋幹細胞の活性化の様子を捉え、その活性化における、炎症細胞・筋間質細胞を中心とする周囲の細胞とそれらが発現するシグナル分子・プロテアーゼの役割を解明する。
（１）従来曖昧であったマウスの筋再生過程を３次元で捉える。（２）幹細胞の活性化・非対称分裂における炎症細胞の関与、関与する炎症細胞の同定を行う。（３）炎症細胞が幹細胞の活性化に関与するシグナリング・接着制御を解明する。（４）幹細胞活性化におけるプロテアーゼの役割と機能を明らかにする。
これまでにPax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスをtamoxifenで誘導し、さらにcardiotoxinで再生を誘導して、筋幹細胞とそこから分裂して産生される細胞集団をラベルすることにより、筋再生の経過をマルチフォトン顕微鏡で捉えることに成功した。そこで本年は、幹細胞と周囲の細胞との相互作用に着目し、さらにそれらの相互作用における接着因子・プロテアーゼの役割を解明する。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

筋再生の経過をマルチフォトン顕微鏡で捉えることに成功し、この手法を用いて、筋再生における炎症細胞の役割を検討した。炎症細胞と幹細胞の相互作用について調べるため、Pax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスとlysM-EGFPマウスあるいはCX３CR1-EGFPマウス（いずれも阪大・石井優先生（連携研究者）より共同研究として供与を受けている）を掛け合わせ、cardiotoxinにより筋障害を誘導し、１日後から５日後の数時間ずつにわたってライブイメージングを行なった。その結果、１日目に好中球の浸潤があり、それらが一箇所にクラスタリングすること、そのクラスタリングサイトでROSが産生されることが見出され、筋障害に寄与することが示唆された。次に、マクロファージの動態を観察し、好中球より少し遅れて浸潤すること、驚いたことに、マクロファージと筋幹細胞は一過的に直接接触することがわかった。そこで、これらの炎症細胞の浸潤を抑制したとき、筋再生が起こるかどうかを調べた。その結果、筋再生は起こるが壊死した骨格筋が多数見られること、その内部で筋形成に必要なmyogenin遺伝子の活性化は起こるが再生筋が形成されていないことがわかった。これらの結果から、炎症細胞が壊死壊死筋の排除と、幹細胞の分化に必要であることが示唆された。

今後の研究の推進方策

今後、マクロファージの幹細胞分化における役割を、個体レベル・培養系レベルで精査し、その結果をまとめて論文発表する予定である。

また、一時的に筋幹細胞とマクロファージが接することや、筋形成が行われるところを、ライブイメージングで捉えることができた意義は大きく、これら二つの細胞集団の相互作用の分子実体を理解することは極めて大事であると考えており、その解明を目指したい。

研究成果

• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: チューリッヒ大学
• [国際共同研究] パスツール研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パスツール研究所
• [雑誌論文] Secretome analysis to elucidate metalloprotease-dependent ectodomain shedding of glycoproteins during neuronal differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsumagari Kazuya、Shirakabe Kyoko、Ogura Mayu、Sato Fuminori、Ishihama Yasushi、Sehara-Fujisawa Atsuko
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 ページ: 237～244
  • DOI: 10.1111/gtc.12466
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] スパースモデリングを用いたライブイメージング技術の改善 (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部 舞奈
  • 学会等名: 2018年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] ADAM19 restricts cardiac neural crest cells to a tenogenic fate by inhibiting chondrogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Arai
  • 学会等名: CDB Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of a transcription factor 19A in the ossification of sternum (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuriki M, Sehara-Fujisawa A and Sato F
  • 学会等名: CDB Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Studies on skeletal muscle atrophy in space-what zebrafish experienced in a space tour (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchida, Toru Sakimura, Yasushi Kono, Masaki Shirakawa, Fumiaki Tanigaki, Masahiro Chatani, Akira Kudo, Akihisa Takahashi, Junya Kobayashi, Kiyomi Imamura, Terumi Horiuchi, Satoshi Furukawa, Tadashi Muratani, Sumio Sugano, Yutaka Suzuki, Fumio Matsuzaki, Koichi Kawakami, and Atsuko Sehara-Fujisawa
  • 学会等名: CDB Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Involovement of Adam 19 in the fate decision of cadiac neural crest cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai H, Sato F, Yamamoto T, Kiyonari H and Sehara-Fujisawa A.
  • 学会等名: Auunal Meeting of the Japanese Society of Development Biologists
• [学会発表] Roles of a transcription factor 19A in the ossification of sternum (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuriki M, Sehara-Fujisawa A and Sato F.
  • 学会等名: Auunal Meeting of the Japanese Society of Development Biologists
• [学会発表] Visualization of Neuregulin 1 ectodomain shedding in motor neurons in zebrafish (2017)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi M, Kamezaki A, Sato F, Aoki K, Asakawa K, Kawakami K and Sehara-Fujisawa A.
  • 学会等名: Auunal Meeting of the Japanese Society of Development Biologists
• [学会発表] 多光子顕微鏡を用いたライブイメージング技術の限界突破 (2017)
  • 著者名/発表者名: 曽我部 舞奈
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of the Ectodomain Shedding of Neuregulin/Glial Growth Factor (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Sehara-Fujisawa
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Endothelial cell-specific Integrinβ1 inhibition results reduction of vascular diameters and induction of cephalic hemorrhage (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuo Iida, Zi Wang, Atsuko Sehara-Fujisawa
  • 学会等名: 第23回小型魚類研究会
• [学会発表] 筋維持・萎縮機構の研究：宇宙から学ぶこと (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬原 淳子
  • 学会等名: 宇宙科学談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋維持・萎縮機構の研究：宇宙から学ぶこと (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬原 淳子
  • 学会等名: 第6回実験動物科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of a transcription factor 19A in the ossification of sternum (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuriki M, Sehara-Fujisawa A and Sato F
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] 骨格筋再生の代謝制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀 新平
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] スパースモデリングを用いたライブイメージング技術の改善 (2017)
  • 著者名/発表者名: 曽我部 舞奈
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [産業財産権] パースモデリングを用いて顕微鏡取得画像の情報学的補完を行うソフトウェア (2017)
  • 発明者名: 曽我部舞奈、大関真之、瀬原淳子
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-117213