石灰化病変における発生学的細胞起源と分化制御機構の解明

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K20917
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩瀬 晃康 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (10965130)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• キーワード: 石灰化 / 心臓発生 / RNA-seq / ATAC-seq / 神経堤細胞

研究実績の概要

本研究では、平滑筋細胞や間質細胞といった細胞種を起点とした従来の石灰化病態形成の概念を拡張させ、神経堤細胞やその他の心臓前駆細胞や心外膜由来細胞を含めた発生学的起源や領域の多様性に基づく病態形成メカニズムを明らかにすることを目的としている。本年度は、石灰化病変形成までの時空間的な組織学的解析を行なった。その結果、石灰化病変が大動脈外膜から生じ始め、徐々にその領域が拡大すること、それに伴い、血管平滑筋マーカーが本来と異なった配向性を示すことが明らかとなった。加えて、これまでの胎生期の心臓を用いたシングルセルRNA-seq解析データから同定した大動脈平滑筋と冠動脈平滑筋を分けるマーカー分子が成体でも同様に発現パターンの違いが認められた。特に、冠動脈平滑筋での石灰化ではあるパターンを持つことが分かり、現在その系譜を解析中である。また、in silico解析ではATAC-seqデータを基に任意の転写因子と標的遺伝子の間のエンハンサー様候補を同定するCARTAアルゴリズムを作成し、現在パッケージ化を準備している。このCARTAを用いることで、軟骨形成に重要な役割を果たすSox9のエンハンサー様領域を同定した。そして、このエンハンサー様領域に対し、神経堤細胞株であるO9-1細胞を用いたLuciferase Assayによりエンハンサー活性を認めた。現在、同領域の欠損により標的遺伝子発現への変化を解析中である。以上のように、動物モデルを用いた石灰化病変での組織学的変化の連続性と石灰化形成での起点となるエピゲノム解析系および検証実験系を組み合わせながら研究を進めてられている。

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

当初の計画通り、石灰化病変に寄与する発生学的起源を調べるために複数のCreドライバーマウスを準備している。石灰化モデルではDBA2/N背景マウスでの実験が必要になるため、現在当該マウスのバッククロスを進めながら、時系列ごとの検体を採取して石灰化病変の組織学的解析を進めた。その中で大動脈外側や冠動脈平滑筋に生じる石灰化病変が認められ、骨芽細胞マーカーなどを用いて空間的分布を解析中である。
in silico解析では、ATAC-seqデータから標的遺伝子のプロモーターや近位エンハンサーだけではなく、遠位エンハンサーの候補を探索するCARTAアルゴリズムを作成した。この方法により、新たにSox9エンハンサー様領域を同定し、同領域のエンハンサー活性をLuciferase Assayにより確認することができた。

今後の研究の推進方策

今後は、計画通りに複数のCreドライバーマウスを用いた石灰化病変での系譜解析により組織学的な分布と発生学的起源の同定を行う。また、新たに開発したCARTAによりエンハンサー解析が大いに進むことが期待されるので、見出したエンハンサー様領域の標的遺伝子発現に対する影響をCRISPR/Cas9により当該領域を欠損させることで生物学的検証を行う。同様にして骨軟骨分化抑制の遺伝子制御ネットワークが未分化な状態から石灰化への過程でどのように変化するのかをそれぞれのエンハンサー様領域の活性と遺伝子発現と共に解析を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Mandibulofacial dysostosis with alopecia results from ETAR gain-of-function mutations via allosteric effects on ligand binding (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Yukiko、Ekimoto Toru、Gordon Christopher T.、Uchijima Yasunobu、Sugiyama Ryo、Kitazawa Taro、Iwase Akiyasu、Kotani Risa、Asai Rieko、Pingault V?ronique、Ikeguchi Mitsunori、Amiel Jeanne、Kurihara Hiroki
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 133 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1172/JCI151536
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diverse contribution of amniogenic somatopleural cells to cardiovascular development: With special reference to thyroid vasculature (2022)
  • 著者名/発表者名: Haneda Yuka、Miyagawa‐Tomita Sachiko、Uchijima Yasunobu、Iwase Akiyasu、Asai Rieko、Kohro Takahide、Wada Youichiro、Kurihara Hiroki
  • 雑誌名: Developmental Dynamics ページ: 1-19
  • DOI: 10.1002/dvdy.532
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
  • 招待講演
• [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
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセルマルチオミクスと空間トランスクリプ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 development (2022)
  • 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
  • 招待講演
• [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: 第21回日本心臓血管発生研究会