骨発生・骨修復におけるエピゲノムダイナミクスの比較解析と骨再生への応用

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03885
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 北條 宏徳 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (80788422)
• 研究分担者: 大庭 伸介 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 教授 (20466733)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 骨修復 / 細胞系譜 / 一細胞解析

研究実績の概要

2021年度は、これまでに最適化した条件（骨欠損サイズ・標識に用いる遺伝子改変マウス：Sox9-CreERT2）において、骨欠損モデルを作製後、一定期間経過後の骨修復部位において細胞を単離し、一細胞RNA-seq解析 (scRNA-seq)を行った。骨修復部位周辺の組織を顕微鏡下で採取後、酵素処理により組織中の細胞を回収した。scRNA-seq解析には10x Genomics社のChromium解析プラットホームを用いた。一細胞ごとに異なる分子バーコード含有ビーズと液滴をマイクロ流路において反応させることで、各細胞に異なる分子バーコードを付加した後、逆転写酵素によりcDNAを合成し、さらにcDNAを増幅しライブラリーを作製した。バイオアナライザーにてライブラリーのサイズを確認した後、次世代シーケンサーを用いたシークエンスを行った。得られたシークエンスデータは東京大学医科学研究所スーパーコンピューターShirokaneを用いて解析した。Cell Rangerソフトウェアを用いてマウスリファレンスゲノムmm10へマッピングした後、Seuratを用いてさらなる解析を行った。正規化、クラスタリングおよび2D可視化解析を行った後、得られた各クラスターのアノテーションを行った。さらにMonocle 3パッケージを用いて、pseudo time（偽時系列）解析により、骨格系前駆細胞から成熟骨芽細胞までの各細胞データセットを連続的に配置することで、骨修復におけるダイナミックな遺伝子発現変化を解析した。その結果、骨修復過程において、骨格系前駆細胞は、成熟骨芽細胞への細胞系譜と、脂肪細胞前駆細胞への細胞系譜の２方向性を有することが明らかになった。

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

予定通り一細胞解析を行い、有望な結果が得られつつある。

今後の研究の推進方策

当初の予定より、今後、シグナルー受容体解析により骨修復に寄与するシグナル因子の同定を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of activator protein-1 family members in β-catenin and p300 association on the genome of PANC-1 cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Doi Tomomitsu、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Obayashi Kunie、Endo Motoyoshi、Ishizaki Toshimasa、Katoh Akira、Kouji Hiroyuki
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 8 ページ: e08890～e08890
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e08890
  • 査読あり
• [雑誌論文] A neomorphic variant in SP7 alters sequence specificity and causes a high-turnover bone disorder (2022)
  • 著者名/発表者名: Lui Julian C.、Raimann Adalbert、Hojo Hironori、Dong Lijin、Roschger Paul、Kikani Bijal、Wintergerst Uwe、Fratzl-Zelman Nadja、Jee Youn Hee、Haeusler Gabriele、Baron Jeffrey
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 700
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28318-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of osteocyte dendrite formation by Sp7 and its target gene osteocrin (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang JS, Kamath T, Mazur CM, Mirzamohammadi F, Rotter D, Hojo H, Castro CD, Tokavanich N, Patel R, Govea N, Enishi T, Wu Y, da Silva Martins J, Bruce M, Brooks DJ, Bouxsein ML, Tokarz D, Lin CP, Abdul A, Macosko EZ, Fiscaletti M, Munns CF, Ryder P, Kost-Alimova M, Byrne P, Cimini B, Fujiwara M, Kronenberg HM, Wein MN.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 6271
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26571-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Induction and expansion of human PRRX1+ limb-bud-like mesenchymal cells from pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Daisuke、Nakamura Masahiro、Takao Tomoka、Takihira Shota、Yoshida Aki、Kawai Shunsuke、Miura Akihiro、Ming Lu、Yoshitomi Hiroyuki、Gozu Mai、Okamoto Kumi、Hojo Hironori、Kusaka Naoyuki、Iwai Ryosuke、Nakata Eiji、Ozaki Toshifumi、Toguchida Junya、Takarada Takeshi
  • 雑誌名: Nature Biomedical Engineering 巻: 5 ページ: 926～940
  • DOI: 10.1038/s41551-021-00778-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesenchymal stromal cells in the bone marrow niche consist of multi-populations with distinct transcriptional and epigenetic properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa Sanshiro、Okada Hiroyuki、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Iwata Junichi、Komura Makoto、Hikita Atsuhiko、Hoshi Kazuto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 15811
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94186-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Progress of Stem Cell Technology for Skeletal Regeneration (2021)
  • 著者名/発表者名: Tani Shoichiro、Okada Hiroyuki、Chung Ung-il、Ohba Shinsuke、Hojo Hironori
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 ページ: 1404～1404
  • DOI: 10.3390/ijms22031404
  • 査読あり
• [学会発表] Understanding a Mechanism Underlying Bone Repair Process by Combinational Analysis of Lineage Tracing and Single-Cell RNA Sequencing (2021)
  • 著者名/発表者名: Mika Nakayama, Hiroyuki Okada, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Ung-il Chung, Shinsuke Ohba, Hironori Hojo
  • 学会等名: ISSCR 2021
• [学会発表] 骨格形成における遺伝子制御ランドスケープの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 北條宏徳
  • 学会等名: 17th Meeting of Bone Biology Forum
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding a mechanism underlying bone repair process and application for bone regeneration (2021)
  • 著者名/発表者名: Hironori Hojo
  • 学会等名: SICEM 2021
  • 国際学会 / 招待講演