2019 Fiscal Year Annual Research Report
Self-renewal capacity of hematopoietic stem cells and mitochondrial metabolism
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18H05284
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
須田 年生 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 卓越教授 (60118453)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬場 理也 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 准教授 (10347304)
梅本 晃正 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特任准教授 (50620225)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 造血幹細胞 / 造血微小循環（ニッチ) / 不均等分裂 / 自己複製 / ミトコンドリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
造血幹細胞の分化・増殖により生体の成熟血球が供給される。健常な造血において、骨髄造血幹細胞はストレス造血時などに備え、自己複製能を保持し細胞周期静止期状態で維持されている。我々は、今までに、幹細胞・巨核球の産生において最重要なサイトカイン、トロンボポエチン (Thpo) によるミトコンドリア代謝の活性制御と造血幹細胞の分化・維持・増殖に関して報告してきた。本研究ではThpoシグナルを中心に、ミトコンドリア動態が幹細胞に与える影響に関する研究を展開した。幹細胞分化におけるミトコンドリアの関与に関しては、Thpo刺激時にミトコンドリア膜電位の上昇を示す造血幹細胞が、巨核球系に分化する傾向が強いことを示し、論文に報告した（Nakamura-Ishizu et al. Cell Rep, 2018）。
しかしながら、Thpoシグナルがどの様にミトコンドリア代謝を制御し、造血幹細胞の分化・維持に関わるのか、その分子メカニズムの詳細は不明な点が多い。そこで、Thpo遺伝子欠損マウスを作成し、解析したところ、これまでの報告と同様、骨髄内静止期造血幹細胞数の著しい低下を認めた(Qian Cell Stem Cell 2007)。 これらの残存造血幹細胞は、Cycling し、Apoptosisを示したが、骨髄移植 あるいは、mpl-agonist（Romiplostim）投与により、正常に匹敵する幹細胞性を回復することがわかった。Thpo遺伝子欠損マウスから造血幹細胞を分離し、RNA sequence解析を施行したところ、KOマウス幹細胞では、ミトコンドリア・酸化的リン酸化関連分子の発現が優位に低下しており、これらが、mpl-agonist投与により恢復することが示された （Nakamura-Ishizu et al. Blood , in revise）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、造血幹細胞ニッチ、幹細胞のメタボリズムに取り組み、以下の課題に集中するべく、実験系が準備できた。Dev CellにReview Article (Invited)を書き、本研究分野における問題点が整理できた。
１） 造血幹細胞機能はミトコンドリアの機能・代謝とどのように連関するのか？
２） ミトコンドリアの産生・分解はどのように制御されるのか？
今後、この課題に集中し、幹細胞の自己複製を明らかにする。
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| Strategy for Future Research Activity |
オートファジー関連分子の一つであるATG7の幹細胞における機能解析：
今までにATG7 欠失マウスの造血機能を検討して、その役割が新生児期と生体期で異なることを見出してきた。静止期（G0）維持とオートファジーとの関係について解析を進める。造血幹細胞特異的な ATG7 欠損（Vav-Cre 誘導）マウスでは、4週齢より造血不全を示すが、移植実験において、新生児由来 ATG7 欠損造血幹細胞は野生型新生児由来造血幹細胞と同等の骨髄再建能を有していた。このことから、造血幹細胞の機能における、ATG7依存性のオートファジーの意義について新規のパラダイムを考える。後半では、そのメカニズムに迫り、各ライフステージにおけるミトコンドリア機能の違いについて考察する。
ことに、幹細胞におけるmitophagyの生理的意義について明らかにする。オートファジー関連分子のほかに、MAMにあって、ユビキチンリガーゼ活性をもつMitol/Marchの機能を明らかにする。Mitol conditional KOマウスを用いて解析する。すでに、KOマウスHSCsにおいて、著明な異常があることを認めている。この系を用いて、ミトコンドリア―小胞体連関のERストレスが幹細胞機能に与える影響を解析する。
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