2024 Fiscal Year Research-status Report
心臓アンチエイジング薬の開発を目指したヒトiPS細胞由来老化心筋モデルの構築
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22K11733
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
日高 京子 北九州市立大学, 基盤教育センター, 教授 (00216681)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 みずき 九州大学, 医学研究院, 助教 (70380524)
岡 素雅子 福岡国際医療福祉大学, 医療学部, 教授 (80467894)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 心臓 / 老化 / iPS細胞 / ゲノム / DNA修復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、再生能の乏しい心筋組織における老化関連遺伝子変異の蓄積機構、とりわけDNA修復異常によって生じるINDEL（挿入欠失変異）に着目し、その検出と解析を通じて心筋老化の分子基盤を明らかにすることを目的としている。iPS細胞由来心筋細胞（iPSC-CMs）を老化モデルとする方針のもと、DNA修復機構、特にミスマッチ修復（Mismatch Repair: MMR）経路の関与を中心に研究を進めている。
今年度は、実験的なiPSC-CMの調製および評価に十分な進展が得られなかった一方で、in silicoによる次世代シーケンス（NGS）データ解析を軸とした研究活動を展開した。具体的には、INDEL変異の蓄積に関する既存のマウスモデル解析を通じて、老化との関連を検討した。特に、MMR欠損によりINDELが蓄積すると報告されているMsh2欠損マウスにおいて、マイクロサテライト不安定性（MSI）検出ツールを用いたNGSデータの解析を行い、INDELの効率的な検出に成功した。
さらに、公開データベースより取得した早期老化モデル（Ercc1欠損マウス）のデータに同手法を適用し、自然老化を呈する野生型マウスと比較した結果、DNA修復異常を有するマウスにおいて顕著なINDELの蓄積が確認された。この知見は、MSI検出ツールが老化に伴うINDEL評価の簡便かつ有効な手法であることを示すとともに、DNA修復経路の破綻が心筋老化においても重要な役割を担っている可能性を強く示唆するものである。
今後は、in silico解析で得られた知見を基盤に、iPSC-CMを活用した老化モデルの確立を進め、INDEL形成機構の実験的検証と心筋老化との機能的関連を明らかにすることを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験環境の調整や技術的課題により、iPSC由来心筋細胞を用いた実験の進行が一時的に制限されたため、本年度はin silico解析に軸足を置いて研究を進めた。代替的に実施したin silico解析により有用な知見を得ており、その一部は学会発表という形で外部に成果を示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、iPS細胞由来心筋細胞（iPSC-CMs）を用いて、心筋老化の分子メカニズム、とくにDNA修復機構の破綻が引き起こす変異蓄積と老化進展の関係を明らかにすることを目的としている。特に、近年重要性が指摘されているINDEL（挿入欠失変異）の蓄積に注目し、ミスマッチ修復（Mismatch Repair: MMR）系との関連を解析する。
今年度は、前年度に引き続き、in silico解析を中心とした研究体制を維持し、公開データベース（GEO、ArrayExpress、SRA等）から取得した次世代シーケンス（RNA-seqおよびWGS）データを活用する。まず、DNA修復異常を呈するマウスモデル（例：Msh2欠損、Ercc1欠損など）の心筋組織や幹細胞由来心筋細胞におけるINDEL変異の頻度と分布を網羅的に解析し、自然老化モデルとの比較を行う。
さらに、iPSC由来心筋細胞に関する公開RNA-seqデータを対象に、加齢や修復異常に伴う遺伝子発現変動や、MMR関連遺伝子の制御ネットワークを明らかにする。INDEL変異との関連性を可視化するため、MSI検出ツールや変異アノテーションツール（例：MSIsensor-pro、SnpEffなど）を用いたマッピングと機能解析を実施する。加えて、シングルセルRNA-seqデータ（Tabula Muris Senis等）を取り入れることで、老化に伴う細胞内不均一性の評価や細胞サブタイプ別の変異蓄積傾向も解析対象とする。
本年度の解析を通じて、iPSC-CMsを用いた老化モデルにおけるINDEL形成の分子基盤に関する仮説を構築し、次年度以降における実験的検証や細胞系再構築に向けた足がかりを得ることを目指す。
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| Causes of Carryover |
昨年度は、研究体制や実験環境の整備に想定以上の時間を要したことに加え、研究計画の見直しを行ったこともあり、当初予定していた実験を十分に進めることができなかった。そのため、物品費や試薬費等の支出が限定的となり、結果として次年度使用額が生じた。なお、実験に代わる形でin silico解析を中心としたデータ解析を進め、研究の継続に努めた。
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