脊髄損傷に対する骨髄幹細胞移植直後からの神経機能回復のメカニズムの解析

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K10830
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 押切 勉 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (70754612)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本望 修 札幌医科大学, 医学部, 教授 (90285007) ; 山下 敏彦 札幌医科大学, 医学部, 教授 (70244366) ; 佐々木 祐典 札幌医科大学, 医学部, 講師 (20538136) [Withdrawn] ; 森田 智慶 札幌医科大学, 医学部, 助教 (60723343)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2019-03-31
• Keywords: 移植・再生医療 / 脊髄損傷 / 再生医療 / 骨髄幹細胞 / 機能回復 / 治療メカニズム / 遺伝子発現 / 運動機能

Outline of Annual Research Achievements

脊髄損傷(SCI)モデルに対する骨髄間葉系幹細胞(MSC)の経静脈内投与による機能回復が報告される一方、脊髄損傷における脳の働きが注目されている。本研究の目的は、急性期SCIラットにMSCの経静脈的投与を行い、脳のMicroarrayによる網羅的遺伝子発現解析から、機能回復に関する分子メカニズムを解明することである。胸髄圧挫損傷翌日に治療群はMSC1.0x106 cells/ccを、対象群はfresh-DMEM 1ccを経静脈的に投与した。移植3日目に大脳皮質運動野の脳組織からtotal RNAを抽出しMicroarray解析を行った。MSCによる発現変動遺伝子(DEGs)に対してreal time PCRによるvalidationを行った。DEGsの機能解析のため、Clue GO解析およびInteractome解析、細胞分化に関与するpromoter解析を行った。行動学的評価にBBB scoreを用い、GSEA解析より運動機能に関連する遺伝子を抽出し、BBB scoreとの相関性を解析した。移植7日目のPCRを行い遺伝子発現量の経時的な変化を評価した。Microarray解析(68,842遺伝子)からDEGs 38遺伝子が同定され、うち15 coding 遺伝子(up:7, down:8)をPCR によりvalidationした。Clue GO解析およびPromoter解析から神経保護および神経再生作用が示唆された。GSEAからMSCと運動機能に関連する遺伝子が抽出され、PCRではBBB scoreと強い正の相関を認めた。Day7の遺伝子発現量は正常化しており、DEGsは一過性の遺伝子発現変化であった。脳のMicroarray解析から、MSCの静脈内投与により、脳の神経保護および神経再生作用を有し、運動機能回復に関与していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

脊髄損傷モデルに対するMSC細胞移植の治療メカニズムに関して、マイクロアレイによる網羅的遺伝子解析により脳も機能回復に関与していることが示唆された。本研究は治療メカニズムの新たな知見であり、実験結果も興味深い内容である。

Strategy for Future Research Activity

今後は脳における組織解析を行い、さらなる治療メカニズムに関して解析を進めていく予定である。

Causes of Carryover

本研究に関してさらなる動物実験と組織解析が必要であり、次年度使用額が生じた。次年度では今までの網羅的遺伝子解析にて同定されたいくつかの遺伝子に関して着目して免疫染色を行い、大脳皮質運動野におけるそれらの遺伝子の発現部位の局在を解析する予定である。さらにNeuroやAstrocyte、Oligodendrocyteと2重染色を行い、神経分化に関してどの細胞に作用しているか解析する予定である。