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2022 年度 実施状況報告書

縦隔間葉系の器官発生及び疾患発症における意義の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K19519
研究機関東京大学

研究代表者

栗原 裕基  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20221947)

研究分担者 和田 洋一郎  東京大学, アイソトープ総合センター, 教授 (10322033)
富田 幸子  ヤマザキ動物看護大学, 動物看護学部, 教授 (40231451)
中島 淳  東京大学, 医学部附属病院, 教授 (90188954)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード縦隔 / 神経堤細胞 / マクロファージ / 心臓大血管 / 単一細胞解析
研究実績の概要

本研究では、縦隔間葉の主要な起源である神経堤細胞と胎生期にこの領域に多く分布するマクロファージを中心に、縦隔間葉系の構成細胞の起源と分化系譜を明らかにするとともに、発生過程における細胞間相互作用の推移を解析し、器官形成の場としての役割を解明する。さらに、ヒト縦隔腫瘍検体の遺伝子発現プロファイルと比較し、特に原発巣不明の腫瘍を中心にその細胞起源の推定を試み、縦隔間葉系の疾患発症母体としての臨床的意義を明らかにすることを目標としている。本年度は主に、神経堤細胞とマクロファージの単一細胞マルチオーム解析、心大血管および縦隔領域の空間的トランスクリプトーム解析、マウスと鳥類胚を用いた発生学的実験により、以下の成果を得た。
①心臓内神経堤細胞は骨軟骨前駆細胞様の段階から、血管平滑筋と非平滑筋間質細胞に分岐し、それぞれが多様なサブセットに分化することを明らかにし、運命決定に関与する転写因子ネットワークを同定した。
②半月弁間質や大動脈周囲の神経堤由来細胞においてマクロファージ分化誘導因子を産生する細胞群が存在し、マクロファージと共局在すること、鳥類胚による神経堤除去の実験結果などから、神経堤由来細胞とマクロファージの相互連携の存在が示唆された。
③Csf1r-Creマウスを用いた胎生期縦隔マクロファージの単一細胞解析では、起源の多様性を示唆するいくつかのサブセットの存在が示唆された。これらの結果より、心大血管を含む縦隔領域における神経堤細胞とマクロファージの系譜を中心とした細胞間相互作用の一端が明らかになり、縦隔領域における器官形成と病態形成に関与する器官外環境を明らかにする上で基盤となる知見を得た。
④手術検体を用いたヒト縦隔腫瘍の単一細胞解析をスタートさせ、腫瘍とその周辺細胞のクラスタリングによって細胞起源や細胞間相互作用を解析中である。

現在までの達成度 (区分)
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

当初の計画では、①縦隔間葉系を構成する細胞の系譜マッピング、②縦隔間葉系における細胞間相互作用の解析、③ヒト縦隔腫瘍の細胞起源解析への応用、の3項目を掲げたが、このうち①が最もよく進み、特にWnt1-Cre;Rosa26-EYFPマウスを用いた神経堤細胞の単一細胞解析では、多様なサブセットへの分化と関与する転写因子ネットワーク、神経堤の主要な派生細胞である骨軟骨細胞との比較による心臓神経堤特有の遺伝子ネットワークの抽出が進み、現在論文投稿中である。②はマクロファージ分化誘導因子を産生する神経堤細胞のサブセットとマクロファージ間、さらには心内膜細胞から心臓マクロファージが発生分化するという最近の知見から(Shigeta et al. Dev Cell 2019)、神経堤細胞と造血系の間の新しいクロストークの存在が見出されている。さらに、心臓大血管及び咽頭領域のリンパ管が咽頭中胚葉(二次心臓領域を含む)由来であることを三重大学との共同研究で論文発表し、縦隔内の細胞連携の多様性について新しい視点が得られている。③についてはヒト縦隔腫瘍の単一細胞解析が開始し、新たな研究段階への基盤が形成されている。

今後の研究の推進方策

①縦隔間葉系を構成する細胞の系譜マッピング:現在の解析をさらに進め、咽頭弓中胚葉や胸腺細胞、血管/リンパ管内皮細胞など多様な非標識細胞群のscRNAseqデータを合わせてクラスタリング解析を行って包括的な細胞系譜マップを作成し、細胞群間相互作用の存在を推定する。
②縦隔間葉系における細胞間相互作用の解析:マウス胚、鳥類胚や神経堤細胞株O9-1Csf1r-Cre;Rosa26-EYFPマウス胚からFACSソーティングした縦隔内マクロファージとの共培養などを用いて、多様な細胞分化を制御する細胞間シグナルと転写因子ネットワークを明らかにしていく。さらに、鳥類胚の神経堤除去モデルにおいて、神経堤由来の縦隔間葉系細胞が直接あるいは他の細胞との相互作用を介して何らかの役割を果たしているかを、ウズラ胚における神経堤除去後の縦隔間葉構成細胞の分布や相互の位置関係、シグナル下流分子動態による活性化評価などにより解析する。
③ヒト縦隔腫瘍の細胞起源解析への応用:縦隔腫瘍の手術検体からcDNAを調整し、高速シークエンサーにより発現遺伝子のプロファイリングを行う。①の単一細胞解析や10X Visium解析の結果から、その起源細胞や相互作用する細胞群の推定を試みる。

次年度使用額が生じた理由

令和4年1月10日以降、新型コロナウイルスの拡大による動物実験への影響などから、予定していた単一細胞解析に用いるための妊娠マウスが十分得られなかった。研究遂行上、動物実験を行うことでデータ解析等を行うことが不可欠なため、動物実験を延期して、マウスを一世代分(約3ヶ月)繁殖した後で実施することとした。このため、単一細胞解析に必要な予算を次年度に繰り越す必要が生じた。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Gross anatomy of the Pacific hagfish, Eptatretus burgeri, with special reference to the coelomic viscera2023

    • 著者名/発表者名
      Banri Muramatsu, Daichi G. Suzuki, Masakazu Suzuki, Hiroki Higashiyama
    • 雑誌名

      The Anatomical Record

      巻: Early view ページ: -

    • DOI

      10.1002/ar.25208

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anatomy and homology of the caudal auricular muscles in greater short-nosed fruit bat (Cynopterus sphinx)2022

    • 著者名/発表者名
      Tzu-Chin Chi, Fumiya Meguro, Masaki Takechi, Toshiko Furutera, Vuong Tan Tu, Hiroki Higashiyama, Joon Hyuk Sohn, Taro Nojri, Junpei Kimura*, Daisuke Koyabu*
    • 雑誌名

      Journal of Veterinary Medical Science

      巻: Early view ページ: 23-0088

    • DOI

      10.1292/jvms.23-0088

  • [雑誌論文] Diverse contribution of amniogenic somatopleural cells to cardiovascular development: with special reference to thyroid vasculature2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka Haneda,Sachiko Miyagawa-Tomita,Yasunobu Uchijima,Akiyasu Iwase,Rieko Asai,Takahide Kohro,Youichiro Wada,Hiroki Kurihara
    • 雑誌名

      Developmental Dynamics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/dvdy.532

  • [雑誌論文] Mandibulofacial dysostosis with alopecia results from ETAR gain-of-function mutations via allosteric effects on ligand binding2022

    • 著者名/発表者名
      Yukiko Kurihara,1 Toru Ekimoto, Christopher T. Gordon, Yasunobu Uchijima, Ryo Sugiyama, Taro Kitazawa, Akiyasu Iwase, Risa Kotani, Rieko Asai, Veronique Pingault, Mitsunori Ikeguchi, Jeanne Amiel, and Hiroki Kurihara
    • 雑誌名

      The Journal of Clinical Investigation

      巻: 133(4) ページ: -

    • DOI

      10.1172/JCI151536.

  • [学会発表] Morphological evolution of the mammalian face through the reorganization of the facial prominences2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Higashiyama, Hiroki Kurihara
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Neural Crest and Cranial Placodes
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphological Evolution of the Mammalian Face through the Reorganization of the Facial Prominences2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Higashiyama
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Neural Crest and Cranial Placodes
    • 国際学会
  • [学会発表] 縦隔を構成する神経堤細胞とマクロファージに着目した多細胞連環解析2023

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 栗原裕基
    • 学会等名
      第21回日本心臓血管発生研究会
  • [学会発表] シングルセルマルチオミクス及び空間発現情報に基づく心臓神経堤細胞の分化運命決定機構解析2023

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      第128回日本解剖学会
  • [学会発表] シン・前鋤骨説:哺乳類の一次口蓋骨要素は爬虫類のどこから来たか?2022

    • 著者名/発表者名
      東山大毅
    • 学会等名
      日本進化学会第22回沼津大会
  • [学会発表] 真の冠動脈は羊膜類で生まれた2022

    • 著者名/発表者名
      東山大毅, 水上薫, 有馬勇一郎, 福原 茂朋, 富田 幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      日本動物学会 第93回 早稲田大会
  • [学会発表] 哺乳類顔の進化を導く、祖先的発生制約からの脱却 / Deviations from ancestral developmental constraints that evolved the mammalian face2022

    • 著者名/発表者名
      東山大毅
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] サイエンスピッチ 1SP-26-15 哺乳類顔の進化を導く、祖先的発生制約からの脱却2022

    • 著者名/発表者名
      東山大毅
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] マルチモーダル情報による心臓内神経堤細胞の分化運命決定メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      第51回日本心脈管作動物質学会
  • [学会発表] シンクルセルマルチオミクスと空間トランスクリフトームデータから紐解く心臓 神経堤細胞の分化多様性制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      第26回日本心血管内分泌代謝学会
  • [学会発表] マルチモーダル解析から紐解く心臓神経堤細胞系譜の多様性と遺伝子制御ネットワーク2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会
  • [学会発表] Single-cell multi-omics analysis of fate determination during cardiac development2022

    • 著者名/発表者名
      Akiyasu Iwase, Yasunobu Uchijima, Daiki Seya , Mayuko Kida, Hiroki Higashiyama, Kazuhiro Matsui, Akashi Taguchi, Shogo Yamamoto, Shiro Fukuda, Seitaro Nomura, Takahide Kohro, Chisa Shukunami, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Youichiro Wada, Hiroyuki Aburatani, Yukiko Kurihara, Sachiko Miyagawa-Tomita, Hiroki Kurihara
    • 学会等名
      第6回日本循環器学会基礎フォーラム
  • [学会発表] シングルセルマルチオミクスで明らかにする心臓神経堤細胞の血管/非血管細胞への分化運命決定様式2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      第30回日本血管生物医学会
  • [学会発表] シングルセルマルチオミクス及び空間トランスクリプトームによる心臓内多細胞連環解析2022

    • 著者名/発表者名
      岩瀬晃康, 内島泰信, 瀬谷大貴, 来田真友子, 東山大毅,松居一悠,田口明糸, 山本尚吾,福田史朗, 野村征太郎, 興梠貴英, 宿南知佐, 関真秀, 鈴木穣, 和田洋一郎, 油谷浩幸, 栗原由紀子,宮川-富田幸子, 栗原裕基
    • 学会等名
      2022年度「先進ゲノム支援」拡大班会議
  • [学会発表] 発生期心臓におけるマクロファージの神経堤細胞との連携による冠血管・リンパ管形成制御への関与2022

    • 著者名/発表者名
      来田真友子
    • 学会等名
      第26回心血管内分泌代謝学会
  • [学会発表] 発生期縦隔におけるマクロファージのプロファイリングと 神経堤細胞との連携による冠血管・リンパ管形成制御への関与2022

    • 著者名/発表者名
      来田真友子
    • 学会等名
      東京呼吸器リサーチフォーラム
  • [学会発表] 発生期心臓におけるマクロファージの神経堤細胞との連携による冠血管・リンパ管形成制御への関与2022

    • 著者名/発表者名
      来田真友子
    • 学会等名
      第45回分子生物学会年会
  • [学会発表] 発生期心臓におけるマクロファージの 神経堤細胞との連携による冠血管・リンパ管形成制御への関与2022

    • 著者名/発表者名
      来田真友子
    • 学会等名
      第30回血管生物医学会学術集会
  • [学会発表] 血管新生におけるFAT1の機能解析 (口頭)2022

    • 著者名/発表者名
      劉瀟瀟
    • 学会等名
      第30回日本血管生物医学会学術集会
  • [学会発表] 血管新生の基盤となる内皮細胞動態を制御する細胞接着分子Fat1の役割 Functional analysis of FAT1 on the endothelial cell movement in angiogenic morphogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      劉瀟瀟
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Fate of intra-embryonic amniogenic somatopleural cells that contribute to the cardiovascular system(口頭・招待講演)2022

    • 著者名/発表者名
      羽田優花
    • 学会等名
      第26回日本心血管内分泌代謝学会学術総会-CVEM2022-
    • 招待講演
  • [学会発表] 血管新生のモジュールとなる血管内皮細胞固有の細胞動態の同定2022

    • 著者名/発表者名
      礪波 一夫, 林 達也, 由良 文孝, 劉 瀟瀟, 内島 泰信, 時弘 哲治, 栗原 裕基
    • 学会等名
      第26回日本心血管内分泌代謝学会学術総会-CVEM2022-
  • [学会発表] VE-カドヘリンによる内皮細胞の運動制御と領域化による血管形成メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      礪波 一夫, 林 達也, 由良 文孝, 劉 瀟瀟, 内島 泰信, 時弘 哲治, 栗原 裕基
    • 学会等名
      第30回日本血管生物医学会学術集会CVMW2022心血管代謝週間
  • [学会発表] 内皮細胞の運動パターンに基づく新しい血管形成機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      礪波 一夫, 林 達也, 由良 文孝, 劉 瀟瀟, 内島 泰信, 時弘 哲治, 栗原 裕基
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Endothelin A receptor mutations cause rare human diseases by enhancing ligand binding capacity through allosteric effects2022

    • 著者名/発表者名
      栗原由紀子
    • 学会等名
      日本分子生物学会

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公開日: 2023-12-25  

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