上皮系細胞から上皮間葉転換(EMT)誘導を応用した歯胚形成

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03009
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 齋藤 幹 東北大学, 大学病院, 講師 (40380852)
• 研究分担者: 福本 敏 九州大学, 歯学研究院, 教授 (30264253)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 歯原性上皮 / エナメル芽細胞 / EMT

研究実績の概要

外胚葉性器官の分化には、様々な分子により、上皮と間葉が相互に作用することによって分化が進む。そのため、外胚葉性器官の再生には、上皮系細胞と間葉系細胞がお互い接触するように配置し、上皮間葉相互作用を利用して分化誘導する必要がある。我々はこの技術を応用し、iPS細胞からエナメル芽細胞を誘導することに成功した。しかし、実用的な歯の再生はまだ難しいのが現状である。そこで、上皮系細胞から間葉系細胞を誘導する上皮間葉転換(EMT)を応用して間葉系細胞を作り出し、この間葉系細胞を用いて上皮間葉相互作用を起こせば、上皮系の単一細胞で外胚葉器官の分化が可能となる。そのため、他臓器では上皮からの外胚葉器官形成の研究が注目されているが、硬組織におけるEMT研究はほとんど行われていないのが現状である。我々は以前の研究で、Sox21がエナメル芽細胞で発現しており、EMTを通して、細胞分化や石灰化に重要な役割を持っていることを発見した。更に、Sox21欠損マウスでは、生後直後では、野生型と遺伝子欠損マウスで表現系に大きな違いは見られないが、成長と共に骨格の発達が遅れ、体重は約70%となり、大腿骨のCT像は骨粗鬆症であった。このようにSox21が歯だけでは無く、骨にも影響を与えている可能性が示唆された。そこで、本研究では、硬組織形成におけるEMTのメカニズムを解析する。昨年までの結果成果として、各臓器におけるSox21の部位を検討したところ、脳と皮膚以外に、少量ではあるが、骨髄細胞、全血液細胞、骨芽細胞でも発現が見られた。更に各臓器における免疫染色を行ったところ、脳や皮膚、毛髪、骨髄以外にも、扁桃で発現していることを発見した。この結果から、Sox21はリンパ系細胞で発現する事が示唆された。そこで、本年度では、骨髄中のどの細胞がSox21を発現しているかを詳細に検討することにした。

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

生後3週のマウスから骨髄細胞を回収し、磁性細胞分離キットを用いて、B細胞および、T細胞、NK細胞、樹状細胞を分離し、PCRを行ったところ、B細胞および、T細胞でSox21の発現が認められた。そこで、Sox21を欠損させた骨髄細胞に対し、マイクロアレイを行ったところ、分化や遊走に関する分子の発現上昇が見られたのに対し、免疫応答反応が減少していることが判明した。

今後の研究の推進方策

昨年度までの研究では、Sox21は骨髄中でT細胞とB細胞で発現していた。更に骨髄中のSox21を欠損させることにより、細胞分化、細胞遊走、免疫応答に影響が出る事が判明した、そこで今後はT細胞、B細胞におけるSox21との関連分子、細胞内シグナル解析を行い、機能解析とEMTとの関連性を明らかにしていく。

備考

東北大学　プレスリリース

研究成果

• [雑誌論文] Single-cell RNA-sequencing from mouse incisor reveals dental epithelial cell-type specific genes (2021)
  • 著者名/発表者名: Chiba Y, Saito K, Martin D, Boger E, Rhodes C, Yoshizaki K, Nakamura T, Yamada A, Morell JM, Yamada Y, Fukumoto S.
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 841
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00841
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sox21 regulates Anapc10 expression and determines the fate of ectodermal organ (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Michon F, Yamada A, Inuzuka H, Yamaguchi S, Fukumoto E, Yoshizaki K, Nakamura T, Arakaki M, Chiba Y, Ishikawa M, Okano H, Thesleff I, Fukumoto S.
  • 雑誌名: iSCIENCE 巻: 23(7) ページ: 101329
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101329
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation-Dependent Osterix Degradation Negatively Regulates Osteoblast Differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshikawa S, Shimizu K, Watahiki A, Chiba M, Saito K, Wei W, FukumotoS, Inuzuka H.
  • 雑誌名: FASEB Journal 巻: 34(11) ページ: 14930-14945
  • DOI: 10.1096/fj.202001340R
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] G-protein coupled receptor Gpr115 (Adgrf4) is required for enamel mineralization mediated by ameloblasts (2020)
  • 著者名/発表者名: Chiba Y, Yoshizaki K, Saito K, Ikeuchi T, Iwamoto T, Rhodes C, Nakamura T, de Vega S, Morell JR, Boger E, Martin D, Hino R, Inuzuka H, Bleck KE. C, Yamada A, Yamada Y, Fukumoto S.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295(45) ページ: 15328-15341
  • DOI: 10.1074/jbc.RA120.014281
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melnick-Needles syndrome tooth development filamin root formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Hino R, Yamada A, Chiba Y, Yoshizaki K, Fukumoto E, Iwamoto T, Maruya Y, Otsu K, Harada H, Saito K, Fukumoto S.
  • 雑誌名: Pediatric Dental Journal 巻: 30(3) ページ: 208-214
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2020.09.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression Patterns of Claudin Family Members During Tooth Development and the Role of Claudin-10 (Cldn10) in Cytodifferentiation of Stratum Intermedium (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang W, Chiba Y, Jia L, Yoshizaki K, Saito K, Yamada A, Qin M, Fukumoto S.
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 595593
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.595593
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and function analysis of ameloblast differentiation-related molecules using mouse incisors (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Chiba Y, Yamada A, Fukumoto S.
  • 雑誌名: Pediatric Dental Journal 巻: 30(3) ページ: 219-138
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2020.08.001
  • 査読あり
• [学会発表] シングルセルRNAシークエンスを用いた歯の発生に関わる全細胞の網羅的遺伝子解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 千葉雄太、齋藤 幹、日野綾子、新垣真紀子、小山田優、丸谷由里子、山田 亜矢、福本 敏
  • 学会等名: 日本小児歯科学会大会
• [備考] 歯をつくる細胞から毛髪細胞へ変化させる分子を同定
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/07/press20200728-03-Sox.html
• [備考] 歯の石灰化を制御する新規の受容体を同定
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/11/press20201106-01-enamel.html