骨髄造血幹細胞ニッチの構造と機能の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24249056
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中内 啓光 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40175485)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 骨髄ニッチ / TGF-beta / 休眠状態

研究概要

1） 骨髄中の造血幹細胞ニッチの構造解析
申請者等は不活性化型TGF-betaが活性化できうるGFAP陽性細胞を中心としてヒト骨髄中における造血幹細胞ニッチの同定を行った。具体的には、ヒト造血生検から組織切片を作製し、造血に重要な因子であるSDF-1,SCF,TPO, Ang-1さらには、VE-cadherin, Osteopontinに対して反応する抗体を用い免疫染色を行った。結果、GFAP陽性細胞の周囲にはSDF-1,SCF,Ang-1陽性細胞が存在し、さらには血管の近傍にその構造が構築されていることが観察された。また、面白いことに、マウスとは異なる細胞がSDF-1やSCFを分泌していることが明らかとなった。これら結果は、GFAPを含むユニークな細胞集団がヒト造血幹細胞を維持する骨髄ニッチであるのではないかと示唆された。
2） 骨髄中の造血ニッチの関連機能分子の同定
ES細胞やiPS細胞を免疫不全マウスに移植することによりテラトーマが形成されるが、そのテラトーマ内には造血幹細胞が浸潤し骨髄ニッチ様の構造があると考えられた。申請者は様々な遺伝子をiPS細胞に導入し、より効率的にテラトーマ内に造血幹細胞がホーミングする遺伝子のスクリーニングを行った。現在、遺伝子導入iPS細胞を作製し免疫不全マウスに移植しており、今後、造血幹細胞のホーミングや増殖などの表現系する予定である。3） 造血幹細胞の細胞周期と冬眠を制御するTGF-bシグナリング機構の解明
TGF-b受容体は１型と２型が存在するが、造血幹細胞においては１型が発現していない。しかし、造血幹細胞においてTGF-bシグナルは重要な役割を果たしている。現在、造血幹細胞のcDNAライブラリーを作製しウイルスベクター系に移行中である。さらに、shRNAライブラリーにおいてもTGF-bシグナルが抑制する分子のスクリーニングを同時に進行しており、今後の結果が期待される。

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

当初の目標は８割は達成しており、将来に続く研究成果となっている。

今後の研究の推進方策

現在に至るまでに、マウスだけではなく、ヒトにおける造血幹細胞ニッチを理解することに成功している。今後はより詳細なメカニズムを明らかにすると共に、疾患を対象としたニッチの特性を利用した治療方法にもアプローチしていきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Nov/CCN3 regulates long-term repopulating activity of murine hematopoietic stem cells via integrin αvβ3. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishihara J, Umemoto T, Yamato M, Shiratsuchi Y, Takaki S, Petrich BG, Nakauchi H, Eto K, Kitamura T, Okano T.
  • 雑誌名: Int J Hematol. 巻: 99 ページ: 393-406
  • DOI: 10.1007/s12185-014-1534-x. Epub 2014 Feb 22.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Haploinsufficiency of Sf3b1 leads to compromised stem cell function but not to myelodysplasia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsunawa M, Yamamoto R, Sanada M, Sato-Otsubo A, Shiozawa Y, Otsu M, Isono K, Koseki H, Nakauchi H, Ogawa S.
  • 雑誌名: Leukemia. 巻: 73 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/leu.2014.73.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expandable Megakaryocyte Cell Lines Enable Clinically Applicable Generation of Platelets from Human Induced Pluripotent Stem Cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S, Takayama N, Hirata S, Seo H, Endo H, Ochi K, Fujita KI, Koike T, Harimoto KI, Dohda T, Watanabe A, Okita K, Takahashi N, Sawaguchi A, Yamanaka S, Nakauchi H, Nishimura S, Eto K.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell. 巻: 14 ページ: 535-48
  • DOI: 10.1016/j.stem.2014.01.011.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The TIF1β-HP1 System Maintains Transcriptional Integrity of Hematopoietic Stem Cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyagi S, Koide S, Saraya A, Wendt GR, Oshima M, Konuma T, Yamazaki S, Mochizuki-Kashio M, Nakajima-Takagi Y, Wang C, Chiba T, Kitabayashi I, Nakauchi H, Iwama A.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 2 ページ: 145-52
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2013.12.008. eCollection 2014.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stage-specific roles for Cxcr4 signaling in murine hematopoietic stem/progenitor cells in the process of bone marrow repopulation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Lai CY, Yamazaki S, Okabe M, Suzuki S, Maeyama Y, Iimura Y, Onodera M, Kakuta S, Iwakura Y, Nojima M, Otsu M, Nakauchi H.
  • 雑誌名: Stem Cells. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/stem.1670.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homeodomain transcription factor meis1 is a critical regulator of adult bone marrow hematopoiesis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ariki R, Morikawa S, Mabuchi Y, Suzuki S, Nakatake M, Yoshioka K, Hidano S, Nakauchi H, Matsuzaki Y, Nakamura T, Goitsuka R.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 9 ページ: e87646
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0087646. eCollection 2014.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzyme augmentation therapy enhances the therapeutic efficacy of bone marrow transplantation in mucopolysaccharidosis type II mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Akiyama K, Shimada Y, Higuchi T, Ohtsu M, Nakauchi H, Kobayashi H, Fukuda T, Ida H, Eto Y, Crawford BE, Brown JR, Ohashi T.
  • 雑誌名: Mol Genet Metab. 巻: 111 ページ: 139-46
  • DOI: 10.1016/j.ymgme.2013.09.013. Epub 2013 Sep 21.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Derivation of Embryonic Stem Cell Lines from Parthenogenetically Developing Rat Blastocysts. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi M, Goto T, Tamura C, Sanbo M, Hara H, Kato-Itoh M, Sato H, Kobayashi T, Nakauchi H, Hochi S.
  • 雑誌名: Stem Cells Dev. 巻: 23 ページ: 107-14
  • DOI: 10.1089/scd.2013.0200. Epub 2013 Nov 7.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immortalization of Erythroblasts by c-MYC and BCL-XL Enables Large-Scale Erythrocyte Production from Human Pluripotent Stem Cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirose S, Takayama N, Nakamura S, Nagasawa K, Ochi K, Hirata S, Yamazaki S, Yamaguchi T, Otsu M, Sano S, Takahashi N, Sawaguchi A, Ito M, Kato T, Nakauchi H, Eto K.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 1 ページ: 499-508
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2013.10.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Profiling of MicroRNA in Human and Mouse ES and iPS Cells Reveals Overlapping but Distinct MicroRNA Expression Patterns. (2013)
  • 著者名/発表者名: Razak SR, Ueno K, Takayama N, Nariai N, Nagasaki M, Saito R, Koso H, Lai CY, Murakami M, Tsuji K, Michiue T, Nakauchi H, Otsu M, Watanabe S.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 8 ページ: e73532.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0073532.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Top-down motif engineering of a cytokine receptor for directing ex vivo expansion of hematopoietic stem cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Saka K, Kawahara M, Teng J, Otsu M, Nakauchi H, Nagamune T.
  • 雑誌名: J Biotechnol. 巻: 168 ページ: 659-65
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2013.09.012. Epub 2013 Sep 23.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of Col2a1-EGFP iPS Cells for Monitoring Chondrogenic Differentiation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Saito T, Yano F, Mori D, Ohba S, Hojo H, Otsu M, Eto K, Nakauchi H, Tanaka S, Chung UI, Kawaguchi H.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 8 ページ: e74137.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0074137. eCollection 2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Do pluripotent stem cells exist in adult mice as very small embryonic stem cells? (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyanishi M, Mori Y, Seita J, Chen JY, Karten S, Chan CK, Nakauchi H, Weissman IL.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 1 ページ: 198-208
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2013.07.001.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clonal analysis unveils self-renewing lineage-restricted progenitors generated directly from hematopoietic stem cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto R, Morita Y, Ooehara J, Hamanaka S, Onodera M, Rudolph KL, Ema H, Nakauchi H.
  • 雑誌名: Cell. 巻: 154 ページ: 1112-26.
  • DOI: 10.1016/j.cell.2013.08.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recurrent mutations in multiple components of the cohesin complex in myeloid neoplasms. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kon A, Shih LY, Minamino M, Sanada M, Nakauchi H. et al.
  • 雑誌名: Nature Genet. 巻: 45 ページ: 1232-7
  • DOI: 10.1038/ng.2731. Epub 2013 Aug 18.
  • 査読あり
• [雑誌論文] An in vitro expansion system for generation of human iPS cell-derived hepatic progenitor-like cells exhibiting a bipotent differentiation potential. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yanagida A, Ito K, Chikada H, Nakauchi H, Kamiya A.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 8 ページ: e67541.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0067541. Print 2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] CAMT-iPS Cells Exhibiting Defective MPL Signaling Dysregulate Megakaryopoiesis and Erythropoiesis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hirata, Naoya Takayama,Ryoko Jono-Ohnishi, Hiroshi Endo, Sou Nakamura, Takeaki Dohda, Masanori Nishi, Yuhei Hamazaki, Ei-ichi Ishii, Shin Kaneko, Makoto Otsu, Hiromitsu Nakauchi, Shinji Kunishima, and Koji Eto.
  • 雑誌名: J Clin Invest. 巻: 123 ページ: 3802-14.
  • DOI: 10.1172/JCI64721.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two differential flows in a bioreactor promoted platelet generation from human pluripotent stem cell-derived megakaryocytes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Y, Nakamura S, Nakajima M, Endo H, Dohda T, Takayama N, Nakauchi H, Arai F, Fukuda T, Eto K.
  • 雑誌名: Exp Hematology. 巻: 41 ページ: 742-8
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2013.04.007. Epub 2013 Apr 22.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of engraftable hematopoietic stem cells from induced pluripotent stem cells by way of teratoma formation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, Yamazaki S, Yamaguchi T, Okabe M, Masaki H, Takaki S, Otsu M, Nakauchi H.
  • 雑誌名: Mol Ther. 巻: 21 ページ: 1424-31
  • DOI: 10.1038/mt.2013.71. Epub 2013 May 14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of transgenic mouse line expressing Kusabira Orange throughout body, including erythrocytes, by random segregation of provirus method. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamanaka S, Ooehara J, Morita Y, Ema H, Takahashi S, Miyawaki A, Otsu M, Yamaguchi T, Onodera M, Nakauchi H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 435 ページ: 586-591
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.05.017. Epub 2013 May 17.
  • 査読あり
• [学会発表] "Novel non-stepwise early differentiation pathways of HSCs revealed by 5-lineage in vivo tracing" (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Nakauchi
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Stem Cells & Cancer”
  • 発表場所: Les Diablerets, Switzerland
  • 年月日: 20130421-20130426
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring heterogeneity and hierarchy within the most primitive hematopoietic stem cell compartment
  • 著者名/発表者名: 中内啓光
  • 学会等名: 日本分子生物学会シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫
  • 招待講演
• [図書] 幹細胞研究と再生医療 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中内啓光（編集）
  • 総ページ数: 238
  • 出版者: 南山堂
• [図書] 直伝！フローサイトメトリー (2013)
  • 著者名/発表者名: 中内啓光（監修）清田純（編集）
  • 総ページ数: 278
  • 出版者: 羊土社