【研究分野】生体情報内科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】20K20306 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胎児循環 / 低酸素 / アミノ酸 / 心筋細胞 / 細胞分裂 / 心筋肥大 / 不整脈 / 胎盤 / 細胞周期 / 心筋分裂 / 細胞分化 / 有袋類 / 分裂能 / 胎児ヘモグロビン / コネクチン / Novex-3 / 酸素環境 / 再生医療 / 栄養シグナル / 心筋細胞分裂制御 / 酸素分圧

【研究成果の概要】

生体は多彩な細胞で構成されるが、元は１個の受精卵であり細胞分裂を繰り返して各々の機能を獲得していく。その仕組みにおいて遺伝子など分子ネットワークが重要な役割を果たしているが、本研究では胎児循環を酸素やアミノ酸に対する独自の輸送特性によって胎児生体機能を制御する情報システムとして捉え、心筋細胞の分裂・分化に焦点を当て解析した胎児循環では酸素濃度が低く、出生に伴い高濃度酸素に曝露されるが、その環境変化を情報として利用している仕組みを解明した。主要因子としてFam64aを同定し、胎生期に細胞分裂を活発に行う心筋細胞が出生後分裂能を失うメカニズムやその応用として心筋障害時の機能回復に関して検討した。

【研究の社会的意義】

再生医療の実現を目指してiPS細胞など多能性を持つ細胞から様々な細胞への分化誘導の研究が精力的に進められている。出生直後に分裂能を失い心筋梗塞などの疾病後にも増殖しない心筋細胞は再生医療のニーズの高い有望なターゲットとして注目され、より高い分化・純度を求めて多くの誘導因子が報告されている。本研究では成体内での発達過程における環境として酸素およびアミノ酸濃度に着目して心筋細胞の分裂能制御メカニズムの解明に取り組んだ。出生に伴う酸素濃度変化による心筋細胞の分裂能喪失の分子メカニズムに迫ると共に、短時間の高濃度酸素曝露でも分裂能が低下することが明らかになり、効率的組織培養への知見を得ることが出来た。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-04-01 - 2022-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究領域課題番号】20H03884 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格幹細胞 / 細胞周期 / G0/G1期 / 骨軟骨代謝学 / 再生医療

【研究成果の概要】

骨代謝メカニズムの解明は口腔外科学分野において非常に重要な課題である。本研究では、研究代表者のこれまでの研究成果の発展形として、細胞周期のG0/G1期に着目して、骨格に存在する組織幹細胞（骨格幹細胞）の制御機構を明らかとすることによって、骨代謝制御メカニズムのさらなる理解を深めるとともに、その結果を骨再生医療分野における臨床応用につなげるための基礎的検討を行う。2020年度は以下の項目を検討した。
【G0期からG1期への移行に伴う遺伝子群の網羅的探索】
野生型マウスならびにCdk6ノックアウトマウス(入手済)由来の骨髄間葉系幹細胞に対して、①血清除去によって細胞を強制的にG0期に移行させたサンプル、②G0期の細胞を血清刺激によってG1期へ導入させたサンプル、を用いた RNA-seq を実施し、G0期→G1期の細胞周期移行で変動する遺伝子を網羅的に検索するとともに、その細胞周期移行におけるCdk6遺伝子欠損の影響を評価した。
【Cdk6転写因子群のゲノム結合部位同定】
【G0期からG1期への移行に伴う遺伝子群の網羅的探索】と同様の条件で培養した野生型マウス由来骨髄間葉系幹細胞に対して、抗Cdk6抗体を利用したChIP-seqを行い、Cdk6と複合体を形成する転写因子群（Cdk6結合転写因子群）のゲノム上での結合部位を網羅的に解析・同定する。次いで転写因子に関するデータベースであるTRANSFACを用いた in silico解析（コンピューターによる理論解析）を行い、同定された配列に結合しうる転写因子を選択した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】病態医化学

【研究領域課題番号】24890227 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞周期 / ライブイメージング / 心臓発生 / 再生医療 / 心筋再生 / 心不全

【研究成果の概要】

終末分化した心筋細胞はほとんど細胞分裂しないため、自己修復できないことが末期心不全の難治性を規定する大きな要因となる。心筋細胞を再び細胞分裂させ、組織を再生することができれば、末期心不全患者の根治的な治療法を確立することができる。そのため我々は、心筋細胞の増殖を調節している機構を解析し、心筋細胞の細胞周期を制御している新たな調節因子を探索することを目的として研究を計画した。我々は心筋細胞の増殖期において発現量が変化しているタンパク質を同定した。現在はこのタンパク質を心筋細胞の細胞周期を調節する新たな候補分子として、心筋細胞レベルもしくは動物レベルでの解析を進めている。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2012-08-31 - 2014-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】13877371 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

幹細胞 / 神経細胞 / アポトーシス / 歯状回 / 顆粒細胞 / 再生 / 再生医療 / 神経細胞分化 / 骨髄間質細胞 / 倫理 / 細胞周期 / cAMP / シナプス形成

【研究成果の概要】

本研究の開始直前に、数ヵ所の研究室から造血幹細胞の神経細胞への転換に成功したという報告が相次いでなされたが、どの報告においても率が低く、電気生理学的解析を含めた解析は不十分であった。そこで、我々は造血幹細胞からの薬剤(cAMP上昇を持つ薬剤)誘導型の転換を追試し、各種神経マーカーの発現を確認(追試)した上で電気生理学的解析を行った。しかしながら、細胞の状態が悪く、解析に耐えうる状態ではないうえ、形態的にアポトーシス様のものが散見されたため、方向性を転換し、保護的に作用する薬剤のスクリーニングを行った。まず、死の様式がアポトーシス性のものである可能性をカスパーゼ3の上昇で確認した。その上で細胞周期の制御がかかわっているという仮説のもとにcdc kinase阻害剤olomoucineに、カスパーゼ上昇抑制の効果を見いだした。現在、再現性の確認と実際の細胞死への保護作用を検討中である。
研究の一方で、発展が著しい分野であるため国内の関連研究室の協力発展が不可欠と考え、薬学会シンポジウムにおいて造血幹細胞・臍帯血中幹細胞を応用している主要な研究者(大串、室原、出澤、高橋、各氏)を招待し相互交流を深めた。
加えて、生体内での神経細胞の自然な再生のメカニズムを解明することが医療応用にもつながるという観点から、海馬の歯状回に存在する神経幹細胞が常に生まれ変わり、正常な投射を行い、機能的に活動する仕組みについても広く研究を行った。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】1,900千円 (直接経費: 1,900千円)