2017 Fiscal Year Annual Research Report
Activation mechanisms of skeletal muscle stem cells during regeneration
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16H04793
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
瀬原 淳子 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (60209038)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 再生医学 / 細胞・組織 / 発生・分化 / 生体分子 / ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋には、激しい運動や疾患により損傷すると、それを効率よく修復する高い再生能力がある。再生に関わる筋幹細胞は、発生期の筋前駆細胞同様Pax7(+)細胞系譜であるが発生期と異なり普段は静止期にあり、損傷時にのみ活性化されて多核の筋繊維を再生するとともに、自己複製して次の筋再生に備える。一方その静止期からの活性化は、筋形成転写因子Myf-5/MyoDの発現とそれに続く非対称分裂をもたらすが、これらのプロセスの引き金と促進に関わる細胞・分子機構は未解明なところが多い。本研究は、マルチフォトン顕微鏡を用いて生きたマウス個体で筋幹細胞の活性化の様子を捉え、その活性化における、炎症細胞・筋間質細胞を中心とする周囲の細胞とそれらが発現するシグナル分子・プロテアーゼの役割を解明する。
（１）従来曖昧であったマウスの筋再生過程を３次元で捉える。（２）幹細胞の活性化・非対称分裂における炎症細胞の関与、関与する炎症細胞の同定を行う。（３）炎症細胞が幹細胞の活性化に関与するシグナリング・接着制御を解明する。（４）幹細胞活性化におけるプロテアーゼの役割と機能を明らかにする。
これまでにPax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスをtamoxifenで誘導し、さらにcardiotoxinで再生を誘導して、筋幹細胞とそこから分裂して産生される細胞集団をラベルすることにより、筋再生の経過をマルチフォトン顕微鏡で捉えることに成功した。そこで本年は、幹細胞と周囲の細胞との相互作用に着目し、さらにそれらの相互作用における接着因子・プロテアーゼの役割を解明する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
筋再生の経過をマルチフォトン顕微鏡で捉えることに成功し、この手法を用いて、筋再生における炎症細胞の役割を検討した。炎症細胞と幹細胞の相互作用について調べるため、Pax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスとlysM-EGFPマウスあるいはCX３CR1-EGFPマウス（いずれも阪大・石井優先生（連携研究者）より共同研究として供与を受けている）を掛け合わせ、cardiotoxinにより筋障害を誘導し、１日後から５日後の数時間ずつにわたってライブイメージングを行なった。その結果、１日目に好中球の浸潤があり、それらが一箇所にクラスタリングすること、そのクラスタリングサイトでROSが産生されることが見出され、筋障害に寄与することが示唆された。次に、マクロファージの動態を観察し、好中球より少し遅れて浸潤すること、驚いたことに、マクロファージと筋幹細胞は一過的に直接接触することがわかった。そこで、これらの炎症細胞の浸潤を抑制したとき、筋再生が起こるかどうかを調べた。その結果、筋再生は起こるが壊死した骨格筋が多数見られること、その内部で筋形成に必要なmyogenin遺伝子の活性化は起こるが再生筋が形成されていないことがわかった。これらの結果から、炎症細胞が壊死壊死筋の排除と、幹細胞の分化に必要であることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、マクロファージの幹細胞分化における役割を、個体レベル・培養系レベルで精査し、その結果をまとめて論文発表する予定である。
また、一時的に筋幹細胞とマクロファージが接することや、筋形成が行われるところを、ライブイメージングで捉えることができた意義は大きく、これら二つの細胞集団の相互作用の分子実体を理解することは極めて大事であると考えており、その解明を目指したい。
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[Presentation] Studies on skeletal muscle atrophy in space-what zebrafish experienced in a space tour2018
Author(s)
Uchida, Toru Sakimura, Yasushi Kono, Masaki Shirakawa, Fumiaki Tanigaki, Masahiro Chatani, Akira Kudo, Akihisa Takahashi, Junya Kobayashi, Kiyomi Imamura, Terumi Horiuchi, Satoshi Furukawa, Tadashi Muratani, Sumio Sugano, Yutaka Suzuki, Fumio Matsuzaki, Koichi Kawakami, and Atsuko Sehara-Fujisawa
Organizer
CDB Symposium 2018
Int'l Joint Research
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