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2021 年度 実施状況報告書

ヒト心筋細胞の成熟過程の理解に基づく、成熟制御メカニズム解析基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0219
研究機関自治医科大学

研究代表者

魚崎 英毅  自治医科大学, 医学部, 准教授 (90740803)

研究分担者 関 満  自治医科大学, 医学部, 講師 (20822357)
升本 英利  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (70645754)
研究期間 (年度) 2019-10-07 – 2023-03-31
キーワード比較トランスクリプトーム / 心臓 / 成熟 / 発生・発達
研究実績の概要

前年度同様、COVID-19による渡航制限の影響が大きく、Johns Hopkins大学(Chulan Kwon研究室)への訪問・実験は実現していない。そのため、それぞれの機関で行うことが可能な研究・実験を進めている。特に、Bioinformaticsを用いた研究についてはオンラインでの共同研究が可能であるためこれを推進し、論文採択となっている[Kambhampati, J Comput, Biol, in press]。当該論文では、心筋細胞だけでなく、様々な臓器の経時的トランスクリプトームデータの解析を行い、脳・肝臓・腎臓・心臓において共通して成熟過程において活性化あるいは不活性化する転写因子群の同定を行った。活性化する転写因子にはCDKN2aやRB1のような細胞周期の抑制に関わる因子が含まれていた他、PPARGC1a/bのようにミトコンドリアの活性化に関わる因子が同定された。我々は以前このアプローチによりPPARGC1a/bが心筋細胞の成熟に関わることを予測し[Uosaki, Cell Rep, 2015]、さらに実際に成熟に関わることを証明している[Murphy, Nat Commun, 2021]。すなわち、本論文での予測から、心臓だけでなく他の臓器でもPPARGC1a/bの関与し、成熟のマスターレギュレーターである可能性がある。
魚崎班のBioinformatics技術を提供した共同研究として、群馬大学[Noguchi, Neurosci Res, 2021]や筑波大学[Miyamoto, Cell Rep Methods, 2021]などとの成果を発表した。また、Kwon研究室を主体とした研究により、Noncanonical Notchシグナルが心臓形成に与える影響を明らかにした[Miyamoto, Biochem Biophys Res Commun, 2021]。さらに、Kwon研究室、NIH向山研究室との共同研究を通じて、交感神経が心筋細胞の成熟を促進することを培養下で示した[Kowalski, Front Cell Dev Biol, 2022]。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

概要に記載した通り、前年度同様、COVID-19による渡航制限の影響が大きく、Johns Hopkins大学(Chulan Kwon研究室)への訪問・実験は実現していないため、当初計画の成熟レポーターの評価・検証ができていない。一方で、新しい方向性での研究が着実に成果に繋がっている。また、成熟レポーターが生体内でどの程度成熟すると発現するのかの検証はできていないが、複数の成熟レポーターを比較することで、成熟刺激の比較・検討が可能であることを見出している。最終的に生体内での評価は必要であると考えられるが、渡航制限の緩和まではこの方向で研究を進める予定である。

今後の研究の推進方策

欧米各国ではCOVID-19に関する制限が緩和の方向であるが、本学は未だに厳しい渡航制限を課している。そのため、短期的にはJohns Hopkins大学での訪問・実験の実現は困難である。当初計画では2022年度が最終年であるが、延長も含めて研究計画を再検討する必要がある。また、Chulan KwonよりiPS細胞由来心筋細胞の移植・成熟実験を担当していた大学院生がPh.D.コース修了により、研究室を離れる予定である旨の連絡が来ており、それまでに実験ができない場合は、生体内での成熟法に関しては大幅な計画変更が必要となる見込みである。用いる予定であった新生仔移植法に変わる新しい移植・成熟法の検討を今後開始する予定である。

次年度使用額が生じた理由

本研究課題ではJohns Hopkins大学への渡航・実験を計画に含んでいるが、COVID-19による渡航制限のため、一部計画が実現していないため、その分の旅費積み残しが発生している。状況の改善後に米国へ渡航し、実験を行い、その結果に基づいた研究を実施するため、一部予算を使用せずに次年度以降に使用するよう計画しているものである。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 9件) 図書 (4件)

  • [国際共同研究] Johns Hopkins University/NIH(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Johns Hopkins University/NIH
  • [雑誌論文] Sympathetic Neurons Regulate Cardiomyocyte Maturation in Culture2022

    • 著者名/発表者名
      Kowalski William J.、Garcia-Pak Iris H.、Li Wenling、Uosaki Hideki、Tampakakis Emmanouil、Zou Jizhong、Lin Yongshun、Patterson Kira、Kwon Chulan、Mukouyama Yoh-Suke
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 10 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fcell.2022.850645

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cross-organ transcriptomic comparison reveals universal factors during maturation.2022

    • 著者名/発表者名
      Kambhampati S, Murphy S, Uosaki H, Kwon C
    • 雑誌名

      J Comput Biol

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Systems for the Functional Evaluation of Human Heart Tissues Derived from Pluripotent Stem Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Murata Kozue、Masumoto Hidetoshi
    • 雑誌名

      Stem Cells

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1093/stmcls/sxac022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Noncanonical Notch signals have opposing roles during cardiac development2021

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Matthew、Andersen Peter、Sulistio Edrick、Liu Xihe、Murphy Sean、Kannan Suraj、Nam Lucy、Miyamoto William、Tampakakis Emmanouil、Hibino Narutoshi、Uosaki Hideki、Kwon Chulan
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 577 ページ: 12~16

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.08.094

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Disease Modeling of Mitochondrial Cardiomyopathy Using Patient-Specific Induced Pluripotent Stem Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Tokuyama Takeshi、Ahmed Razan Elfadil、Chanthra Nawin、Anzai Tatsuya、Uosaki Hideki
    • 雑誌名

      Biology

      巻: 10 ページ: 981~981

    • DOI

      10.3390/biology10100981

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid manipulation of mitochondrial morphology in a living cell with iCMM2021

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Takafumi、Uosaki Hideki、Mizunoe Yuhei、Han Song-Iee、Goto Satoi、Yamanaka Daisuke、Masuda Masato、Yoneyama Yosuke、Nakamura Hideki、Hattori Naoko、Takeuchi Yoshinori、Ohno Hiroshi、Sekiya Motohiro、Matsuzaka Takashi、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Yahagi Naoya、Ito Koichi、Shimano Hitoshi
    • 雑誌名

      Cell Reports Methods

      巻: 1 ページ: 100052~100052

    • DOI

      10.1016/j.crmeth.2021.100052

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Decreased Lamin B1 Levels Affect Gene Positioning and Expression in Postmitotic Neurons2021

    • 著者名/発表者名
      Noguchi Azumi、Ito Kenji、Uosaki Yuichi、Ideta-Otsuka Maky、Igarashi Katsuhide、Nakashima Hideyuki、Kakizaki Toshikazu、Kaneda Ruri、Uosaki Hideki、Yanagawa Yuchio、Nakashima Kinichi、Arakawa Hirokazu、Takizawa Takumi
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 173 ページ: 22~33

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.05.011

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 循環器基礎研究の呼び声2022

    • 著者名/発表者名
      魚崎 英毅
    • 学会等名
      第263回日本循環器学会関東甲信越地方会
    • 招待講演
  • [学会発表] Recapturing Cardiomyopathy with Induced Pluripotent Stem Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Hideki Uosaki
    • 学会等名
      MIS-KOREA
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nuclear Receptors Coordinately Regulate Cardiomyocyte Maturation2022

    • 著者名/発表者名
      Nawin Chanthra, Razan E. Ahmed, Tatsuya Anzai, Takeshi Tokuyama, Yutaka Hanazono, Hideki Uosaki
    • 学会等名
      第86回日本循環器学会学術集会
    • 国際学会
  • [学会発表] 重症心不全治療の現状と展望-多能性幹細胞への期待2022

    • 著者名/発表者名
      升本英利
    • 学会等名
      第86回日本循環器学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] 心血管系細胞多層体移植による心臓再生医療2022

    • 著者名/発表者名
      升本英利
    • 学会等名
      第21回日本再生医療学会総会
    • 招待講演
  • [学会発表] Organ-on-a-Chip を応用した心臓組織機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      升本英利
    • 学会等名
      第21回日本再生医療学会総会
    • 招待講演
  • [学会発表] Human iPS cell-derived heart organoids and the medical application.2022

    • 著者名/発表者名
      Masumoto H
    • 学会等名
      Frontiers in Stem Cell & Organoid Medicine Symposium 2022 (CuSTOM-RIKEN joint symposium 2022)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Implication of Hormonal and Mechanical Regulation in Maturation of Cardiomyocytes Derived from Pluripotent Stem Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Hideki Uosaki, Razan Elfadil Ahmed, Nawin Chanthra
    • 学会等名
      第5回 JCS-Council Forum on Basic CardioVascular Research
    • 招待講演
  • [学会発表] 疾患iPS細胞によるミトコンドリア心筋症研究2021

    • 著者名/発表者名
      魚崎 英毅
    • 学会等名
      第20回日本ミトコンドリア学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 比較トランスクリプトームと幹細胞モデルから見る心筋細胞の成熟制御機構2021

    • 著者名/発表者名
      魚崎 英毅 他
    • 学会等名
      生理研心血管研究会2021
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of Hormones and Nuclear Receptor Agonists on Maturation of Cardiomyocytes derived from Pluripotent Stem Cells2021

    • 著者名/発表者名
      Chanthra N, Ahmed RE, Anzai T, Tokuyama T, Iwabuchi KA, Hanazono Y, Uosaki H
    • 学会等名
      ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium.
    • 国際学会
  • [学会発表] Sarcomere shortening of pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes using fluorescent-tagged sarcomere proteins.2021

    • 著者名/発表者名
      Ahmed RE, Chanthra N, Anzai T, Koiwai K, Murakami T, Suzuki H, Hanazono Y, Uosaki H
    • 学会等名
      ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium.
    • 国際学会
  • [学会発表] Cardiovascular regenerative medicine supported by tissue engineering.2021

    • 著者名/発表者名
      Masumoto H.
    • 学会等名
      ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium
    • 国際学会
  • [図書] In. Haider KH(ed). Stem Cells: Latest Advances2021

    • 著者名/発表者名
      Chanthra N, Uosaki H
    • 総ページ数
      255
    • 出版者
      Springer Nature
  • [図書] 「疾患モデルの作成と利用-循環器疾患2021」(堀内久徳、柳田素子、猪原匡史、冨本秀和、並河徹 編)2021

    • 著者名/発表者名
      西園 啓文、魚崎 英毅
    • 総ページ数
      594
    • 出版者
      エル・アイ・シー
  • [図書] In: Yoshinori Yoshida (ed). Pluripotent Stem-Cell Derived Cardiomyocytes (Methods in Molecular Biology)2021

    • 著者名/発表者名
      Anzai T, Hara H, Nawin C, Sadahiro T, Ieda M, Hanazono Y, Uosaki H
    • 総ページ数
      304
    • 出版者
      Springer Nature/Humana
  • [図書] In: Yoshinori Yoshida (ed). Pluripotent Stem-Cell Derived Cardiomyocytes (Methods in Molecular Biology)2021

    • 著者名/発表者名
      Masumoto H.
    • 総ページ数
      304
    • 出版者
      Springer Nature/Humana

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公開日: 2022-12-28  

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