心不全発症における心筋細胞不均一性の意義

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01560
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小室 一成 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (30260483)
• 研究分担者: 野村 征太郎 東京大学, 医学部附属病院, 特任助教 (10722118) ; 波多野 将 東京大学, 医学部附属病院, 特任准教授 (20456130) ; 東口 治弘 東京大学, 医学部附属病院, 特任助教 (40436358)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 心不全 / 心筋細胞 / 遺伝子発現 / シングルセル解析 / イメージング解析

研究実績の概要

１）1 細胞メカニカルストレス応答定量解析法（生体１細胞RNA-seq解析法）の確立と応用：横行大動脈縮窄による心不全モデルマウスにおける心筋細胞の1細胞RNA-seq解析により、圧負荷過程における心筋細胞を7種類に分類し、心筋細胞リモデリング過程における分子プロファイルの変化を捉えることに成功した。また細胞の形態的特徴（肥大や核の数）と関連する遺伝子発現プロファイルを同定した。そして心不全細胞の特徴をつかみ、それが誘導される際に活性化するシグナルを同定し、遺伝子改変モデルでそれを実証した。２）1 細胞メカニカルストレス応答in situ定量解析法（生体１分子RNA FISH法）の確立と応用：１分子RNA FISH法とIn Cell Analyzer6000の統合によるハイスループットイメージングにより、生体1分子RNA FISH法を確立した。これにより解剖学的特徴のある遺伝子発現パターンを詳細に調べることに成功し、圧負荷心不全モデルにおける空間的な遺伝子発現の不均一性を詳細に明らかにした。３）非心筋細胞の１細胞RNA-seq解析：心不全過程における非心筋細胞の一細胞遺伝子発現解析により、心臓非心筋細胞の詳細な分類が可能となった。これにより線維芽細胞における未知の遺伝子マーカーを同定し、その機能解析を行った。４）ヒト心不全患者の１細胞遺伝子発現解析：心不全患者の心臓シングルセル解析技術を確立して患者の病態特異的な遺伝子発現パターンを同定し、1細胞解析技術の臨床応用を可能にした。

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

本研究は、心臓のストレス応答の細胞間不均一性が生まれる要因とその病的意義の解明を目的としており、１）1 細胞メカニカルストレス応答定量解析法（生体１細胞RNA-seq解析法）の確立、２）1 細胞メカニカルストレス応答in situ定量解析法（生体１分子RNA FISH法）の確立、３）ストレス応答による心筋細胞（非心筋細胞）の機能的な分類、４）ヒト心不全患者の１細胞遺伝子発現解析技術の確立、を目指したものである。当初の計画はほぼ達成しているため、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

１）1 細胞メカニカルストレス応答定量解析法（生体１細胞RNA-seq解析法）：心不全過程の心筋細胞においてゲノムDNAがどのように遺伝子変異を獲得して細胞状態（遺伝子発現）を生み出すかを明らかにする。２）1 細胞メカニカルストレス応答in situ定量解析法（生体１分子RNA FISH法）：バーチャルスライドシステムによる心臓全切片解析・全心臓解析に応用して臓器の全細胞遺伝子発現解析技術を確立し、心不全心臓の遺伝子発現における解剖学的特徴の全貌把握を目指す。３）非心筋細胞の１細胞RNA-seq解析：心不全における非心筋細胞の形質転換（例えば内皮細胞と線維芽細胞の間の転換など）についてDNAバーコード技術を応用して細胞系譜を追求するとともに、その細胞の遺伝子発現を同時に捉えて、細胞のclonalityとphenotypeを同時に解析する。４）ヒト心不全患者の１細胞遺伝子発現解析：心不全患者ごとに心臓細胞の遺伝子発現プロファイルと臨床経過を統合解析し、有効な治療法の選択や予後の推定につながる要因を追求する。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic basis of cardiomyopathy and the genotypes involved in prognosis and left ventricular reverse remodeling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tobita T, Nomura S, Fujita T, Morita H, Asano Y, Onoue K, Ito M, Imai Y, Suzuki A, Ko T, Satoh M, Fujita K, Naito AT, Furutani Y, Toko H, Harada M, Amiya E, Hatano M, Takimoto E, Shiga T, Nakanishi T, Sakata Y, Ono M, Saito Y, Takashima S, Hagiwara N, Aburatani H, Komuro I.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 1998
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20114-9.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biased Agonism at the Angiotensin Receptor: Blocker and Calcium Sensitizer at the Same Time. (2017)
  • 著者名/発表者名: Woo AY, Komuro I, Xiao RP.
  • 雑誌名: Circulation 巻: 135 ページ: 1071-1074
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.117.027276.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dysbiosis and compositional alterations with aging in the gut microbiota of patients with heart failure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamo T, Akazawa H, Suda W, Saga-Kamo A, Shimizu Y, Yagi H, Liu Q, Nomura S, Naito AT, Takeda N, Harada M, Toko H, Kumagai H, Ikeda Y, Takimoto E, Suzuki JI, Honda K, Morita H, Hattori M, Komuro I.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 ページ: e0174099
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0174099.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A heart-brain-kidney network controls adaptation to cardiac stress through tissue macrophage activation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujiu K, Shibata M, Nakayama Y, Ogata F, Matsumoto S, Noshita K, Iwami S, Nakae S, Komuro I, Nagai R, Manabe I.
  • 雑誌名: Nature Medicine 巻: 23 ページ: 611-622
  • DOI: 10.1038/nm.4326.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA single-strand break-induced DNA damage response causes heart failure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Higo T, Naito AT, Sumida T, Shibamoto M, Okada K, Nomura S, Nakagawa A, Yamaguchi T, Sakai T, Hashimoto A, Kuramoto Y, Ito M, Hikoso S, Akazawa H, Lee JK, Shiojima I, McKinnon PJ, Sakata Y, Komuro I.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 15104
  • DOI: 10.1038/ncomms15104.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of MYLK3 mutations in familial dilated cardiomyopathy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tobita T, Nomura S, Morita H, Ko T, Fujita T, Toko H, Uto K, Hagiwara N, Aburatani H, Komuro I.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 17495
  • DOI: 10.1038/s41598-017-17769-1.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 教育講演 心不全の予防と新しい治療 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小室一成
  • 学会等名: 第114回日本内科学会総会・講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Hypertension Summit: 未来を創る高血圧学－高血圧関連学会知事長からの提言 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小室一成
  • 学会等名: 第40回日本高血圧学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Regernation of the Heart (2017)
  • 著者名/発表者名: Issei Komuro
  • 学会等名: 47th Annual Convention and Scientific Session of the Taiwan Society of Cardiology
  • 招待講演
• [学会発表] Personal Insights and Perspectives (2017)
  • 著者名/発表者名: Issei Komuro
  • 学会等名: 47th Annual Convention and Scientific Session of the Taiwan Society of Cardiology
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Mechanisms of heart Failure (2017)
  • 著者名/発表者名: Issei Komuro
  • 学会等名: The 11th Oriental Cardiology Conference
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Cardiology in Clinical Practice (2017)
  • 著者名/発表者名: Issei Komuro
  • 学会等名: Asian Pacific Society of Cardiology Congress 2017
  • 招待講演
• [学会発表] The Role of Macrophage in the Heart (2017)
  • 著者名/発表者名: Issei Komuro
  • 学会等名: Korean Society of Cardiometabolic Syndrome 2017 Scientific Session
  • 招待講演