培養細胞上の糖鎖抗原変化と自家細胞移植における免疫応答発生機序の解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22672
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 岩崎 倫政 北海道大学, 医学研究院, 教授 (30322803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 照川 アラー 北海道大学, 医学研究院, 助教 (00723074) ; 古川 潤一 名古屋大学, 糖鎖生命コア研究所, 特任教授 (30374193) ; 宝満 健太郎 北海道大学, 医学研究院, 博士研究員 (40823331)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: 免疫応答 / スフィンゴ糖脂質 / マクロファージ / 軟骨細胞 / 間葉系幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

軟骨再生医療において、自家細胞移植は広く認められた治療法の一つである。細胞源として軟骨細胞や骨髄間葉系幹細胞（BMSC）が主体であるが、いずれも細胞数を確保するために拡大培養が必要とされる。一方で、自家細胞であるにも関わらず、移植された細胞の長期生存は認められず、移植後比較的早い時期に消失する。これは細胞の免疫応答を変化させる要因が継代培養に存在していることを示唆している。我々は過去に細胞分化に伴う糖鎖変化について報告してきた。糖鎖は、細胞内外のタンパク質や脂質に付与され、情報伝達や環境変化に鋭敏に反応する分子である。継代培養により細胞糖鎖プロファイルが変化することで間葉系幹細胞や軟骨細胞の生理的、免疫学的特性が変化すると仮説を立て、研究を行った。その結果、試験管内でBMSCや軟骨細胞の継代を繰り返すと、免疫反応が変化することが確認され、繰り返し培養された細胞がマクロファージを含む免疫細胞と直接作用することが明らかとなった。さらに、継代に伴い細胞の糖脂質の糖鎖プロファイルも、培養によって変化することが確認された。ガングリオシドGD3からGD1aへの生合成経路の活性化が認められたため、GD3ノックアウト（GD3 KO）マウスを作出し、そこから単離された軟骨細胞とマクロファージとの免疫応答変化について評価を行った。GD3KO継代細胞とマクロファージの直接共培養モデルは、野生型マウスと比較してIL-6やMMP13の発現上昇が有意に抑制されていた。継代細胞に生じる免疫応答は、GD1aを抗原としてマクロファージによる免疫原性の高い標的として機能した可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Articular cartilage corefucosylation regulates tissue resilience in osteoarthritis (2024)
  • Author(s): Homan Kentaro、Onodera Tomohiro、Hanamatsu Hisatoshi、Furukawa Jun-ichi、Momma Daisuke、Matsuoka Masatake、Iwasaki Norimasa
  • Journal Title: eLife Volume: 12 Pages: －
  • DOI: 10.7554/eLife.92275
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Noncanonical Pyroptosis Triggered by Macrophage‐Derived Extracellular Vesicles in Chondrocytes Leading to Cartilage Catabolism in Osteoarthritis (2023)
  • Author(s): Ebata Taku、Terkawi Mohamad Alaa、Kitahara Keita、Yokota Shunichi、Shiota Junki、Nishida Yoshio、Matsumae Gen、Alhasan Hend、Hamasaki Masanari、Hontani Kazutoshi、Shimizu Tomohiro、Takahashi Daisuke、Endo Tsutomu、Onodera Tomohiro、Kadoya Ken、Iwasaki Norimasa
  • Journal Title: Arthritis & Rheumatology Volume: 75 Pages: 1358～1369
  • DOI: 10.1002/art.42505
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Immunological and glycan profiling of bone marrow stromal cells and chondrocytes after passaging for implantation in cartilage defects (2023)
  • Author(s): Alaa Terkawi, Kentaro Homan, Taku Ebata, Tomohiro Onodera, Norimasa Iwasaki.
  • Organizer: The 17th World Congress of International Chemical Reference Substances (ICRS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Altered Glycosylation of Human Osteoarthritis Cartilage Based on Comprehensive Glycan Analysis. (2023)
  • Author(s): Kentaro Homan, Tomohiro Onodera, Hisatoshi Hanamatsu, Jun-ichi Furukawa, Jun Yamaguchi, Keizumi Matsugasaki, Yue Liu, Masatake Matsuoka, Norimasa Iwasaki.
  • Organizer: The 17th World Congress of International Chemical Reference Substances (ICRS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルギン酸-細胞間架橋ゲルによる腱組織修復機序の解明 (2023)
  • Author(s): 山口純、小野寺智洋、宝満健太郎、松岡正剛、長濱宏治、上田菜摘美、澤田志穂、斎藤充、岩崎倫政．
  • Organizer: 第45回日本バイオマテリアル学会大会
• [Presentation] 骨髄由来間葉系幹細胞移植による再生医療を背景とした椎間板再生に有効な核酸ターゲットの探索． (2023)
  • Author(s): 大西貴士、宝満健太郎、須藤英毅、山田勝久、岩崎倫政．
  • Organizer: 第38回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] Evaluation of water dynamics in articular cartilage using isotope-labeled water. (2023)
  • Author(s): Keizumi Matsugasaki, Tomohiro Onodera, Kentaro Homan, Hiroyuki Kameda,Kohsuke Kudo, Naoya Sakamoto, Yoshiaki Hosokawa, Masatake Matsuoka, RyuichiFukuda, Yuko Sakai, Yue Liu, Norimasa Iwasaki.
  • Organizer: The 70th Annual Meeting of Orthopaedic Research Society (ORS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Depletion of Ccr7 prevents bony growth imbalance after physeal injury in mice. (2023)
  • Author(s): Masatake Matsuoka, Wooyoung Kim, Yuko Sakai, Ryuichi Fukuda, KeizumiMatsugasaki, Kentaro Homan, Tomohiro Onodera, Norimasa Iwasaki.
  • Organizer: The 70th Annual Meeting of Orthopaedic Research Society (ORS)
  • Int'l Joint Research