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

2022 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 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (20466733)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 骨修復 / 遺伝子発現機構 / 一細胞解析

研究実績の概要

これまでに得られた骨修復おけるデータセットと、骨発生におけるマウスデータセットの比較解析を行った。骨発生データセットとして、マウス骨発生に関する公共データベースを利用した。バイオインフォマティクスの手法を用いて、バッチエフェクトを解消した後、骨修復データと骨発生データを統合した。得られたデータは、遺伝子発現プロファイルに基づきクラスタリング解析を行い、UMAP上に描写した。さらに、マーカー遺伝子の発現プロファイルに基づき、細胞のアノテーションを行った。以上の結果、骨発生と骨修復において、同一の骨格系細胞集団が多数認められることが明らかになった。一方、血球系細胞については、発生と修復で異なっている可能性が示唆された。骨格系細胞について、さらに偽時系列解析により、連続的な遺伝子発現プロファイルを比較検討し、骨修復と骨発生の間で特異的なシグナチャーと共通シグナチャーを抽出した。さらに、骨修復データセットに対して、リガンド―受容体解析を行った。scTensorを用いて Cell-cell interaction（CCI）と Ligand-Receptor（L-R）ペア の抽出を行った。様々な細胞集団でシグナル相互作用の候補が多数得られた。この中で、骨格系細胞集団と血球系細胞集団間の相互作用に注目した。統計学的な基準と文献検索により、骨修復シグナル候補を絞り込んだ。以上の解析により、骨発生と骨修復において、遺伝子発現に関する相違性の理解が進み、骨修復に必要なシグナル因子群の候補を取得した。

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

計画通り研究が進み、骨再生候補シグナルを取得した。

今後の研究の推進方策

これまでの予定通り、得られた候補シグナル活性化剤を用いて骨再生効果を検証する。

研究成果

• [国際共同研究] 南カリフォルニア大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 南カリフォルニア大学
• [雑誌論文] Single-cell RNA sequencing unravels heterogeneity of skeletal progenitors and cell?cell interactions underlying the bone repair process (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Mika、Okada Hiroyuki、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Chung Ung-il、Ohba Shinsuke、Hojo Hironori
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 21 ページ: 9～18
  • DOI: 10.1016/j.reth.2022.05.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Runx2 regulates chromatin accessibility to direct the osteoblast program at neonatal stages (2022)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hironori、Saito Taku、He Xinjun、Guo Qiuyu、Onodera Shoko、Azuma Toshifumi、Koebis Michinori、Nakao Kazuki、Aiba Atsu、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Okada Hiroyuki、Tanaka Sakae、Chung Ung-il、McMahon Andrew P.、Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 40 ページ: 111315～111315
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sp7 Action in the Skeleton: Its Mode of Action, Functions, and Relevance to Skeletal Diseases (2022)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hironori、Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 ページ: 5647～5647
  • DOI: 10.3390/ijms23105647
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conditional inactivation of the L‐type amino acid transporter LAT1 in chondrocytes models idiopathic scoliosis in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Iwahashi Sayuki、Lyu Jiajun、Tokumura Kazuya、Osumi Ryoma、Hiraiwa Manami、Kubo Takuya、Horie Tetsuhiro、Demura Satoru、Kawakami Noriaki、Saito Taku、Park Gyujin、Fukasawa Kazuya、Iezaki Takashi、Suzuki Akane、Tomizawa Akane、Ochi Hiroki、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Hinoi Eiichi
  • 雑誌名: Journal of Cellular Physiology 巻: 237 ページ: 4292～4302
  • DOI: 10.1002/jcp.30883
  • 査読あり
• [雑誌論文] Runx2 and Runx3 differentially regulate articular chondrocytes during surgically induced osteoarthritis development (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagata K, Hojo H, Chang SH, Okada H, Yano F, Chijimatsu R, Omata Y, Mori D, Makii Y, Kawata M, Kaneko T, Iwanaga Y, Nakamoto H, Maenohara Y, Tachibana N, Ishikura H, Higuchi J, Taniguchi Y, Ohba S, Chung UI, Tanaka S, Saito T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6187
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33744-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Elucidating gene regulatory mechanisms underlying human skeletal development using human pluripotent stem cell-derived bone tissuesand single-cell multiome analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Tani, Hiroyuki Okada, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Taku Saito, Sakae Tanaka, Ung-il Chung, Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
  • 学会等名: ECTS 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding mechanisms underlying cell fate specification of dental mesenchymal cells in the developing tooth germ through single-cell transcriptome (2022)
  • 著者名/発表者名: Dahlia Eldeeb, Hironori Hojo, Hiroyuki Okada, Yutaka Suzuki, Masahide Seki, Junichi Tanaka, Shinsuke Ohba, Ung-il Chung
  • 学会等名: MBSJ 2022
• [備考] ヒト軟骨内骨化の再現とシングルセルマルチオーム解析を用いた転写制御ネットワークの探求
  • URL: https://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/press.html
• [備考] 骨形成に必須の転写因子Runx2によるゲノムDNAの制御機構が明らかに
  • URL: https://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/press.htmlv