アミノ酸による造血幹細胞制御と新規治療法の開発

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02661
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中内 啓光 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40175485)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 聡 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (50625580)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 造血幹細胞 / アミノ酸 / 培地 / バリン

Outline of Annual Research Achievements

申請者は去年度、本研究課題を通じて生体内におけるアミノ酸濃度バランスが造血幹細胞を制御することを明らかにした(Yata et al., Science 2016)。特に、バリン濃度が非常に低い環境下においてはin vitro, in vivo共に造血幹細胞の自己複製ならび増殖が著しく低下することを明らかにした。また本研究を行う中で、造血幹細胞を培養する培養液中の成分を見直ししなければならないという考えに至り、新たな造血幹細胞の培地成分についての報告をした（Ieyasu et al., Stem cell Reports）。その他にも本研究課題を基に造血幹細胞における研究報告を複数した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請者らは既に培養によって造血幹細胞の維持に特定のアミノ酸が必須であるというデータを得た。このアミノ酸のin vivoにおける造血能への影響を調べるために特定のアミノ酸を欠く合成飼料を作成し、この飼料ならびに全てのアミノ酸を入れた飼料をそれぞれ マウスに与えたところ、造血幹細胞の数が激減することを見出した。また、両グループでの造血系の変化を経時的に解析した。造血能に異常が見られたマウスに関しては骨髄細胞をFACSにて、また骨髄、脾臓、胸腺についてはその切片を免疫蛍光染色等により詳細に解析した。その結果様々な免疫系細胞や造血系細胞で異常が認められた。

Valine(-),Valine(+)の両方の培養液で種々の期間培養した造血幹細胞からRNAを抽出し、遺伝子発現解析を行い、Valine依存性、非依存性の発現を示す遺伝子群を同定する。
骨髄中でのValine産生細胞を同定することを目的とし、osteoblast, MSC, 血管内皮細胞、神経細胞等を骨髄中より回収し、培養して培養液中に分泌されるアミノ酸を定量する。

Strategy for Future Research Activity

今後の方針としては以下の3つ項目を精力的に行う。1)造血幹細胞および骨髄ニッチ側のValine依存性の解明
薬剤や遺伝子ノックアウト（GCN KOマウス）などによってシグナル伝達機構がブロックされている状況でのValine依存性をしらべる。薬剤としてはrapamycin, eIF2B阻害薬, アミノ酸トランスポーターであるLAT1阻害薬など、ノックアウトマウスとしてはGCN2 KOマウス, LAT1 KOマウスを考えている。
２）造血幹細胞以外の組織幹細胞の維持・増殖に対するValineならびに他のアミノ酸の影響。
前年度に造血幹細胞以外の組織幹細胞にも特定のアミノ酸に対する依存性が確認された場合はその組織幹細胞とその組織の分化過程に対する影響を詳細に解析する。
３）Valine摂取制限を利用した造血幹細胞移植法の確立
免疫不全患者に対するモデルに引き続き、やはり小児科領域で造血幹細胞移植を必要とする代表的な疾患であるFanconi貧血症モデルマウスを入手し、このマウスを対象としてValine摂取制限による造血幹細胞移植を試み、この手法が一般的に利用できるものかどうかを検証する。前年度までに得られた造血幹細胞や骨髄ニッチ細胞のアミノ酸依存性に関するデータを基に、 再生不良性貧血、MDSなど造血不全が根底にある疾患モデルマウスに対してアミノ酸の投与を行い、治療的な効果の有無を検索する。また、Valine摂取制限を施した免疫不全マウスがヒト造血幹細胞の移植にも使えるかどうかを確認する。

Research Products

• [Journal Article] Continuous cell supply from Krt7-expressing hematopoietic stem cells during native hematopoiesis revealed by targeted in vivo gene transfer method (2017)
  • Author(s): Tajima Yoko、Ito Keiichi、Umino Ayumi、Wilkinson Adam C.、Nakauchi Hiromitsu、Yamazaki Satoshi
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Pages: 40684～40684
  • DOI: 10.1038/srep40684
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An All-Recombinant Protein-Based Culture System Specifically Identifies Hematopoietic Stem Cell Maintenance Factors (2017)
  • Author(s): Ieyasu Aki、Ishida Reiko、Kimura Takaharu、Morita Maiko、Wilkinson Adam C.、Sudo Kazuhiro、Nishimura Toshinobu、Ohehara Jun、Tajima Yoko、Lai Chen-Yi、Otsu Makoto、Nakamura Yukio、Ema Hideo、Nakauchi Hiromitsu、Yamazaki Satoshi
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 8 Pages: 500～508
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.01.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pharmacological targeting of plasmin prevents lethality in a murine model of macrophage activation syndrome (2017)
  • Author(s): Shimazu Hiroshi、Munakata Shinya、Tashiro Yoshihiko、Salama Yousef、Dhahri Douaa、Eiamboonsert Salita、Ota Yasunori、Onoda Haruo、Tsuda Yuko、Okada Yoshio、Nakauchi Hiromitsu、Heissig Beate、Hattori Koichi
  • Journal Title: Blood Volume: 130 Pages: 59～72
  • DOI: 10.1182/blood-2016-09-738096
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pre-Transplantation Blockade of TNF-alpha-Mediated Oxygen Species Accumulation Protects Hematopoietic Stem Cells (2017)
  • Author(s): Ishida, T., Suzuki, S., Lai, C. Y., Yamazaki, S., Kakuta, S., Iwakura, Y., Nojima, M., Takeuchi, Y., Higashihara, M., Nakauchi, H. and Otsu, M
  • Journal Title: Stem Cells Volume: 35 Pages: 989-1002
  • DOI: 10.1002/stem.2524
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hoxb5 marks long-term haematopoietic stem cells and reveals a homogenous perivascular niche (2016)
  • Author(s): Chen, J. Y., Miyanishi, M., Wang, S. K., Yamazaki, S., Sinha, R., Kao, K. S., Seita, J., Sahoo, D., Nakauchi, H. and Weissman IL
  • Journal Title: Nature Volume: 530 Pages: 223-7
  • DOI: 10.1038/nature16943
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spatiotemporal Reconstruction of the Human Blastocyst by Single-Cell Gene-Expression Analysis Informs Induction of Naive Pluripotency (2016)
  • Author(s): Durruthy-Durruthy, J., Wossidlo, M., Pai, S., Takahashi, Y., Kang, G., Omberg, L., Chen, B., Nakauchi, H., Reijo Pera, R. and Sebastiano, V
  • Journal Title: Dev Cell Volume: 38 Pages: 100-15
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2016.06.014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multiple allogeneic progenitors in combination function as a unit to support early transient hematopoiesis in transplantation (2016)
  • Author(s): Ishida, T., Takahashi, S., Lai, C. Y., Nojima, M., Yamamoto, R., Takeuchi, E., Takeuchi, Y., Higashihara, M., Nakauchi, H. and Otsu, M
  • Journal Title: J Exp Med Volume: 213 Pages: 1865-80
  • DOI: 10.1084/jem.2015149
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Setdb1 maintains hematopoietic stem and progenitor cells by restricting the ectopic activation of nonhematopoietic genes (2016)
  • Author(s): Koide, S., Oshima, M., Takubo, K., Yamazaki, S., Nitta, E., Saraya, A., Aoyama, K., Kato, Y., Miyagi, S., Nakajima-Takagi, Y., Chiba, T., Matsui, H., Arai, F., Suzuki, Y., Kimura, H., Nakauchi, H., Suda, T., Shinkai, Y. and Iwama, A
  • Journal Title: Blood Volume: 128 Pages: 638-49
  • DOI: 10.1182/blood-2016-01-694810
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Depleting dietary valine permits nonmyeloablative mouse hematopoietic stem cell transplantation (2016)
  • Author(s): Taya, Y., Ota, Y., Wilkinson, A. C., Kanazawa, A., Watarai, H., Kasai, M., Nakauchi, H. and Yamazaki, S
  • Journal Title: Science Volume: 354 Pages: 1152-1155
  • DOI: 10.1126/science.aag3145
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Non-myeloablative preconditioning with ACK2 (anti-c-kit antibody) is efficient in bone marrow transplantation for murine models of mucopolysaccharidosis type II (2016)
  • Author(s): Yokoi, T., Yokoi, K., Akiyama, K., Higuchi, T., Shimada, Y., Kobayashi, H., Sato, T., Ohteki, T., Otsu, M., Nakauchi, H., Ida, H. and Ohashi, T
  • Journal Title: Mol Genet Meta Volume: 119 Pages: 232-238
  • DOI: 10.1016/j.ymgme.2016.08.003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 幹細胞ニッチ：細胞から臓器へ～ (2017)
  • Author(s): 中内 啓光
  • Organizer: 東京免疫フォーラム
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所、東京
  • Year and Date: 2017-03-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] From Stem Cells to Organs: Exploiting the organ niche for interspecies organogenesis (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: Erasmus MC workshop
  • Place of Presentation: Rotterdam, Netherland
  • Year and Date: 2016-11-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Stem Cell niche--from cells to organs (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: 7th Annual Stem Cell Biology and Regenerative Medicine Retreat
  • Place of Presentation: Monterey, California,USA
  • Year and Date: 2016-09-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] From Stem Cells to Organs: Exploiting the organ niche for interspecific organogenesis (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: Advances in Organogenesis and Tissue Engineering Symposia at John Hopkins University
  • Place of Presentation: Baltimore, Maryland,USA
  • Year and Date: 2016-05-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Stem Cell Niche-From Cells to Organs (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: University of Southern California
  • Place of Presentation: Los Angeles, California,USA
  • Year and Date: 2016-05-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Stem cell niche" from cells and organs (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: Stower’s Li Lab
  • Place of Presentation: Kansas City, Missouri,USA
  • Year and Date: 2016-05-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 成人T細胞白血病リンパ腫を処置することに用いるための組成物およびその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 中内啓光、石垣知寛、山崎聡、田矢祐規
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 東京大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-154646
  • Filing Date: 2016-08-05