成熟心筋細胞の脱分化・増殖誘導機序の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03683
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 菊地 和 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (10638240)
• 研究分担者: 大谷 健太郎 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 上級研究員 (50470191)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 心筋細胞 / 脱分化 / 心筋細胞

研究実績の概要

ヒトを含む哺乳類の心筋細胞はその増殖能を成長の過程でほぼ完全に消失するが、ゼブラフィッシュなどの高再生能生物の心筋細胞は一生を通じて高い増殖能を保持することが知られている。申請者は赤血球特異的とされてきた転写因子 Kruppel-like factor 1(Klf1)が損傷後のゼブラフィッシュ心筋細胞において特異的に発現し、脱分化・増殖を誘導することを見出している。昨年度はKlf1を起点とする心筋細胞脱分化・増殖亢進プログラムの解明を目指し、Klf1の全ゲノム上DNA結合配列解析、修飾ヒストンChIP-seq、DNAメチレーション解析を実施した。以上の解析において特異的に検出されたピークに対し、GREAT解析などのバイオインフォマティクス解析を行い、Klf1が直接結合する領域の大部分（＞８０％）が遠位エンハンサーであることを明らかにした。さらに、Klf1発現心臓を用いてATAC-seq、RNA-seq解析を行った結果、Klf1のDNA結合により、心筋細胞分化を制御する中心的な転写因子Gata4、Nkx2.5、Mef2の結合領域が閉じ、心筋分化遺伝子群の広範な発現抑制が誘導されることが明らかとなった。この機序は心筋細胞の脱分化を誘導する上で基盤となるエピゲノム機構であることが示唆される。また、以上の遺伝子発現解析、エピゲノム解析の結果、Klf1はミトコンドリア代謝を調節することで酸化ストレス減少を誘導するとともに、サイクリンDを初めとする細胞周期遺伝子の発現を介して心筋細胞の増殖を制御することも明らかとなった。

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

本研究における1-３の研究項目のうち、項目１は予定通り終了し、論文報告を行った。２、３に必要となる遺伝子改変マウスも問題なく作製が進んでいるため進捗状況は概ね順調であると判断した。

今後の研究の推進方策

現在Klf1の発現を誘導できるマウス系統のF0マウスを複数樹立しており、実験に最適な系統を絞り込んでいる状況である。今後系統樹立を速やかに進め、マウス心臓におけるKlf1の機能解析、およびゼブラフィッシュKlf1との比較機能解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Kruppel-like factor 1 is a core cardiomyogenic trigger in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Masahito、Geng Fan-Suo、Humphreys David T.、Kristianto Esther、Sheng Delicia Z.、Hui Subhra P.、Zhang Yuxi、Sugimoto Kotaro、Nakayama Maki、Zheng Dawei、Hesselson Daniel、Hodson Mark P.、Bogdanovic Ozren、Kikuchi Kazu
  • 雑誌名: Science 巻: 372 ページ: 201～205
  • DOI: 10.1126/science.abe2762
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cardiac resection injury in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Delicia Z. Sheng, Dawei Zheng, Kazu Kikuchi
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 2158 ページ: 63-69
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0668-1_6
• [雑誌論文] A zebrafish functional genomics model to investigate the role of human A20 variants in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Daniele Cultrone, Nathan W. Zammit, Eleanor Self, Benno Postert, Jeremy Z. R. Han, Jacqueline Bailey, Joanna Warren, David R. Croucher, Kazu Kikuchi, Ozren Bogdanovic, Tatyana Chtanova, Daniel Hesselson, Shane T. Grey
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 10 ページ: 19085
  • DOI: 10.1038/s41598-020-75917-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deep conservation of the enhancer regulatory code in animals (2020)
  • 著者名/発表者名: Emily S. Wong*, Dawei Zheng†, Siew Z. Tan†, Neil L. Bower, Victoria Garside, Gilles Vanwalleghem, Federico Gaiti, Ethan Scott, Benjamin M. Hogan, Kazu Kikuchi, Edwina McGlinn, Mathias Francois*‡, Bernard M. Degnan*‡ (*Corresponding author; †, ‡Contributed equally)
  • 雑誌名: Science 巻: 370 ページ: eaax8137
  • DOI: 10.1126/science.aax8137
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Trp53 and Rb1 regulate autophagy and ligand-dependent Hedgehog signaling (2020)
  • 著者名/発表者名: Catherine R. Cochrane, Vijesh Vaghjiani, Anette Szczepny, W. Samantha N. Jayasekara, Alvaro Gonzalez-Rajal, Kazu Kikuchi, Geoffrey W. McCaughan, Andrew Burgess, Daniel J. Gough, D. Neil Watkins, Jason E. Cain
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 130 ページ: 4006-4018
  • DOI: 10.1172/JCI132513
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New function of zebrafish regulatory T cells in organ regeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazu Kikuchi
  • 雑誌名: Curr Opin Immunol 巻: 63 ページ: 7-13
  • DOI: 10.1016/j.coi.2019.10.001
  • 査読あり
• [学会発表] Induction of cardiomyocyte renewal in adult hearts (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazu Kikuchi
  • 学会等名: Japan Circulation Society together with WCC 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Induction of cardiomyocyte renewal in adult hearts (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazu Kikuchi
  • 学会等名: International Zebrafish Society Webinar, Zebrafish Cardiac Regeneration
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 心筋自己再生を誘導する新規遺伝子Klf1の発見
  • URL: http://www.ncvc.go.jp/pr/release/20210409_press.html
• [備考] 魚の心筋、傷ついても再生 スイッチ入れる遺伝子解明
  • URL: https://www.asahi.com/articles/ASP484VKXP48PLBJ00D.html
• [備考] Australian scientists discover ‘secret switch’...
  • URL: https://thenewdaily.com.au/life/wellbeing/2021/04/14/heart-healing-switch-fish/
• [備考] Secrets of Healing the Heart Discovered...
  • URL: https://www.genengnews.com/topics/drug-discovery/secrets-of-healing-the-heart-discovered-in-zebrafish-studies/
• [産業財産権] KLF INDUCED CARDIOMYOGENESIS (2020)
  • 発明者名: Kazu Kikuchi, Masahito Ogawa
  • 権利者名: Kazu Kikuchi, Masahito Ogawa
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/AU2020/050775
  • 外国