筋再生システムの老化を若返らせる分子機構

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H04063
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 上住 聡芳 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 特任講師 (60434594)
• 研究分担者: 上住 円 (池本円) 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (70435866)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 筋再生 / 間葉系前駆細胞 / 筋幹細胞 / 老化

研究実績の概要

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年度までの成果として、RAシグナルレポーターマウスを用いた筋再生過程の解析によって、間葉系前駆細胞に細胞自律的なRAシグナルが、そして、筋幹細胞には細胞非自律的なRAシグナルが伝わっていることが明らかとなった。そこで2021年度は、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>マウスを用いて、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、それぞれの細胞が受ける影響、および、筋再生へ及ぼす影響を調べた。その結果、「現在までの進捗状況」に詳説するが、間葉系前駆細胞における細胞自律的なRAシグナルを阻害した際の影響が特に大きく、SASP関連遺伝子の異常な発現亢進が生じることが明らかとなった。

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

間葉系前駆細胞における細胞自律的なRAシグナルが阻害されるマウス（Pdgfra-CreER;R26<RAR403>）、および、筋幹細胞における細胞非自律的なRAシグナルが阻害されるマウス（Pax7-CreER(T2);R26<RAR403>）を作製し、それぞれのマウスの筋再生過程から間葉系前駆細胞と筋幹細胞を単離し、RNA-seqによって遺伝子発現解析を行った。データを主成分分析したところ、Pdgfra-CreER;R26<RAR403>由来の細胞は、コントロールマウス由来の細胞と大きく乖離することが明らかとなった。一方、Pax7-CreER(T2);R26<RAR403>由来の細胞は、コントロールマウス由来の細胞と大きく変わらなかった。これらの結果は、間葉系前駆細胞における細胞自律的なRAシグナルが、特に筋再生に及ぼすインパクトが大きいことを意味する。そこで、Pdgfra-CreER;R26<RAR403>由来間葉系前駆細胞で起こる変化を調べ、間葉系前駆細胞における細胞自律的RAシグナルの下流で制御される生物学的イベントを明らかにしようと考えた。バイオインフォマティクスによって、Pdgfra-CreER;R26<RAR403>由来間葉系前駆細胞で有意に発現変動する遺伝子セットを抽出したところ、特にSASP関連遺伝子が顕著に発現亢進していることが明らかとなった。
細胞種特異的にRAシグナルを制御できるマウスを作製することで、精度の高い解析結果が得られ、間葉系前駆細胞における細胞自律的RAシグナルとSASPの関連を明らかにするまでに至ったことから、当初の計画以上に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本年度の結果から、間葉系前駆細胞における細胞自律的RAシグナルがSASPの制御に関わると考えられた。SASPは発現する細胞自身だけでなく、周辺の細胞にも作用し悪影響を及ぼす。既に、Pdgfra-CreER;R26<RAR403>由来間葉系前駆細胞の遺伝子発現データは取得済みであり、今後、これを元にSASP因子を絞り込むとともに、SASP因子が作用する細胞種の同定と、SASP因子が及ぼす影響について解析する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Institut Pasteur(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Pasteur
• [雑誌論文] Depletion of CD206+ M2-like macrophages induces fibro-adipogenic progenitors activation and muscle regeneration (2022)
  • 著者名/発表者名: Nawaz Allah, Bilal Muhammad, Fujisaka Shiho, Kado Tomonobu, Aslam Muhammad Rahil, Ahmed Saeed, Okabe Keisuke, Igarashi Yoshiko, Watanabe Yoshiyuki, Kuwano Takahide, Tsuneyama Koichi, Nishimura Ayumi, Nishida Yasuhiro, Yamamoto Seiji, Sasahara Masakiyo, Imura Johji, Mori Hisashi, Uezumi Akiyoshi et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 7058-7058
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34191-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Whole-mount immunofluorescence staining of mesenchymal progenitors in murine plantaris muscle (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa Tamaki、Ikemoto-Uezumi Madoka、Kaneshige Akihiro、Fukada So-ichiro、Uezumi Akiyoshi
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 3 ページ: 101593～101593
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101593
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mechanisms coupling muscle regeneration and resolution of inflammation (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyoshi Uezumi
  • 学会等名: 12th Japanese-French Workshop “New insights in personalized medicine for neuromuscular diseases: From Basic to Applied Myology”
  • 国際学会