研究課題
老化に伴う組織再生能力の低下は、個体の機能低下・衰弱を導き問題になる。骨格筋は本来、優れた再生能力を備えているが、老化によりやはりその再生能は低下する。我々はこれまでに、再生筋組織中のIGF-IIレベルの低下が、老化に伴う筋再生能低下を導く原因の一つであることを報告している。IGF-IIは筋組織中の間葉系前駆細胞から産生され、筋幹細胞の増殖促進や間葉系前駆細胞自身の脂肪化を抑制することで筋再生を促進する。一方、間葉系前駆細胞による筋の脂肪化抑制法開発の過程で、レチノイン酸（RA）に強力な脂肪化抑制効果があることを明らかにした。重要なことに最近、間葉系前駆細胞におけるIGF-IIの発現にRAシグナルが必要であることを見出した。これらから、間葉系前駆細胞におけるRA－IGF-II軸が筋再生にとって極めて重要と考えられる。そこで、RA－IGF-II経路の分子機構や生理的機能および加齢変化を精査し、RA－IGF-II経路を活性化することで筋再生システムの若返りを図る。2020年度は、間葉系前駆細胞におけるRAシグナルの分子メカニズムについてさらに詳細に解析を進めた。以下の「現在までの進捗状況」に詳説するが、１）RAシグナルレポーターマウスを用いた筋再生過程における細胞非自律的RAシグナルの精査、２）間葉系前駆細胞および筋幹細胞におけるRAシグナル標的遺伝子の同定、これらが本年度の主な成果である。１）の細胞非自律的RAシグナルの精査によって、間葉系前駆細胞だけでなく筋幹細胞にもRAシグナルが伝わっていることが明らかとなり、２）のRAシグナル標的遺伝子の解析には、間葉系前駆細胞だけでなく筋幹細胞も加え行なった。これらは当初の研究計画にはなかったが、フランスのパスツール研究所との国際連携によって発展した内容で、予定以上に研究が進展していると言える。
1: 当初の計画以上に進展している
１）RAシグナルレポーターマウスを用いた筋再生過程における細胞非自律的RAシグナルの精査間葉系前駆細胞で産生されたRAは、間葉系前駆細胞だけでなく近傍に位置する他の細胞にパラクライン様に作用することも考えられる。フランスのパスツール研究所との共同研究で、RAシグナルレポーターマウスを用いてRAシグナル応答細胞の解析を行なった。その結果、間葉系前駆細胞にRAシグナルが伝達していることが確かめられ、RA産生細胞自身にRAシグナルが伝わる細胞自律的RAシグナル経路が明らかとなった。一方、間葉系前駆細胞だけでなく筋幹細胞にもレポーターの活性が見られ、筋幹細胞へパラクライン様に伝わる細胞非自律的RAシグナル経路を明らかにした。予想に反して、血球細胞にはレポーターの活性は見られなかった。これらから、RA分子自体が間葉系前駆細胞と筋幹細胞を結ぶ、幹細胞ニッチのシグナル分子の一つと考えられた。２）間葉系前駆細胞および筋幹細胞におけるRAシグナル標的遺伝子の同定RAシグナルレポーターマウスを用いた解析から、間葉系前駆細胞における細胞自律的RAシグナル経路と、筋幹細胞における細胞非自律的RAシグナル経路が明らかになった。そこで、それぞれの細胞におけるRAシグナル標的遺伝子の探索を行なった。RAシグナルを薬剤的に阻害したマウスとコントロールマウスの筋再生過程から間葉系前駆細胞と筋幹細胞をセルソーティングにより単離し、RNAseqを行なった。RAシグナル阻害マウス由来の間葉系前駆細胞と筋幹細胞で発現低下する遺伝子の中に、RAシグナル標的遺伝子が含まれると考えられる。興味深いことに、間葉系前駆細胞で発現低下する遺伝子にはIGF-IIが含まれ、RA－IGF-IIシグナル軸がin vivoでも確かめられた。他方、筋幹細胞で発現低下する遺伝子には、筋幹細胞の未分化性維持に関わるものが複数含まれていた。
本年度は、RAシグナルレポーターマウスの解析から、RAシグナルの標的細胞を明らかにし、RNAseqによってRAシグナルの標的遺伝子を同定した。予想を超えるレベルで進展しており、今後予定しているRAシグナル阻害遺伝子改変マウスを用いた解析から、RAシグナルのさらに詳細なメカニズムが明らかにできると考える。Cre依存的にdominant negative RARが発現しRAシグナルが阻害されるR26<RAR403>マウスは導入済みで、RAシグナルの標的細胞である間葉系前駆細胞と筋幹細胞でRAシグナルを阻害するため、それぞれのCre driverマウスであるPdgfra-CreER、Pax7-CreER(T2)と交配を開始している。間葉系前駆細胞と筋幹細胞のそれぞれでRAシグナルを阻害した場合の、筋再生への影響を調べ、各細胞におけるRAシグナルの生理的意義を明らかにする。また、各細胞のRAシグナル阻害マウスを用いRNAseqを行い、それぞれの細胞におけるより直接的なRAシグナル標的遺伝子の同定を行う。既に得ている、薬剤的RAシグナル阻害マウスを用いた解析結果と統合した解析を行い、RAシグナルによる筋再生制御の分子メカニズム解明を目指す。
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J Clin Invest
巻: 131(1) ページ: e139617
10.1172/JCI139617
Cell Death Dis
巻: 12(1) ページ: 11
10.1038/s41419-020-03353-5
Front Cell Dev Biol
巻: 8:267 ページ: 1
10.3389/fcell.2020.00267
