循環器疾患の病態解明を目指すためには、心臓・血管の発生から循環器の恒常性維持機構を解剖学的・生理学的・生化学的に調べる必要がある。イメージング技術を駆使して形態形成と情報伝達を解析する手法を用いて、循環臓器発生の分子メカニズムを明らかにする研究を遂行している。ゼブラフィッシュを用いることで、脊椎動物の普遍的循環臓器形成メカニズムと細胞レベルでの組織形成に至る生物学的未解明問題に挑戦している。このなかでも、心臓発生－心筋分化と心内膜形成、大血管内皮細胞との連結、弁形成機構を詳細に検討している。血管については、血管新生の分子メカニズムと形成後の安定化成熟過程を調べている。発生期の遺伝子による臓器形成制御と環境依存性の応答性の両面から、臓器発生機構を解明することにより循環臓器形成の普遍性の解明を目指している。

　JSTのMoonshot 認知症の予測・予防医療の研究チーム(代表研究者：京都大学神経内科 高橋良輔教授)のなかで、血管性認知症についての血管グループリーダーを務めることから、認知症マウス（遺伝性ならびに血管性）の血管についての詳細な検討を担うことになり、京都大学、神戸大学、慶応大学との認知症における血管病変との因果関係解明のための研究も実施している。マウス脳のsingle cell RNA sequence (scRNA-seq)解析を実施することにより、血液脳関門の構成細胞を遺伝子発現から検討を開始している。特にOligodendrocyte precursor cellについて京都大学との共同研究により、新たな構成細胞であることを突き止めるなど、イメージングとscRNA-seqの両手法を用いることで新たな解剖―機能の連関の発見にも注力している。

　多様性をもった細胞群からなる心臓・血管構築細胞の細胞間あるいは組織間の機能的調節作用の破たんや、解剖学的欠損が循環器疾患の原因となっていると考え、生理的・病態生理学的な解析を行っている。生体を観察することなくして生理学・病態生理学を理解することは不可能であると考え、生きたままの個体を用いて如何に心筋細胞・血管内皮細胞・周細胞が機能しているか、発生期のゼブラのまるごと個体を用いて形態イメージングとともに機能イメージング（情報伝達系の解析）を行うことで、形態形成機構を徹底的に調べている。さらに本年度には成体でも透明である Danionella cerebrumを新たに導入して循環器系・神経系の成体での解析技術開発に着手した。

　主な実験内容は

1. 脳血管ネットワーク構築細胞（内皮細胞、周細胞）の細胞形態・運動を調節する情報伝達の解明
2. 血流依存性の房室弁形成機構の解明
3. Wntシグナル陽性心筋細胞の心臓での意義改名
4. 左右非対称性発生原理とくにDorsal forerunner cellの意義
5. 骨膜由来の分泌性ペプチドOsteocrin(Ostn)による骨形成機構と荷重による調節
6. angiopoietin-Tie1受容体シグナルのリンパ管形成機構の解明
7. Slc12A8(Nicotinamide mononucleotide)輸送体の発現部位の詳細解明
8. pH依存性の細胞応答を制御するphosphatidyl inositol局在変化誘導分子の生理学的意義

1. 房室間の弁形成機構の解明（血流依存性の心内膜内皮細胞の弁形成機構）
   房室弁形成は、心室―心房間の血流の逆流を防ぐために必須の成体組織形成である。
   ゼブラフィッシュも房室弁は２弁からなっており、心内膜内皮細胞の内皮細胞ー間葉転換 (EndoMT) により内皮細胞下に転換した間葉系細胞が生じることが弁形成の基本である。
   しかし、そのEndoMTのきっかけとなるシグナル伝達機構についての詳細は不明であった。
   血流依存性（物理的な刺激）が房室間の心内膜内皮細胞のCa2+シグナルを誘導することを突き止め、そのメカニズムを明らかにした。内皮細胞から物理刺激によりATPを分泌し、ATP受容体依存性にCa2+の増加をもたらすことを明らかにした。心内膜内皮細胞のCa2+増加は胚発生の数日目だけに特徴的に認められ、以降は全くCa2+の増加を認めないことから、心房―心室形成時に生じる血流の発生が不可欠であることも証明した（Science に掲載）。

2. Osteocrin(Ostn)による骨形成調節の解明
   Osteocrin(Ostn)はこれまでNa利尿ペプチドファミリー分子(NP)の受容体であるNPR3に結合することは報告されていた。またOstnのノックアウトマウスの解析で大きな異常は報告されていなかった。我々は、Osteocrin(Ostn)が荷重がかかる骨の骨膜細胞から特異的に分泌されることをOstnのLacZノックインマウスを用いた検討により明らかにした。Ostnのノックアウト個体では、内軟骨骨化・膜性骨化に障害が生じており、両者での過重負荷による発現調節を受けることが骨形成につながることが判明した。OstnがNPR3に結合することでCNP分子のclearanceを阻害することで、NP分子群の作用を増強することにより、内因性のCNP依存性の骨形成を促進することを証明した（Cell Reportsに掲載）。また、この研究で紹介したLacZの発現をマウス個体で調べる方法を透明化マウスを用いて報告しており、これがStar PROTOCOLのeditorに評価され、同誌からの依頼によりまとめたprotocolが掲載された。

3. 内胚葉由来細胞の血管内皮細胞
   心筋細胞、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、血球はこれまで、中胚葉に由来し、循環器形成は中胚葉に依存すると考えられてきた。心臓のIsl１陽性細胞が心房筋（心房流入路）に発現するだけではなく、ゼブラフィッシュの尾部血管の背側側の内皮細胞集団を形成することを見出しており、尾側への血管伸長には、これらのIsl1陽性細胞の増殖や遊走が不可欠であることがわかった。
   一方、このisl1陽性細胞の起源を調べると内胚葉由来であることがわかり（sox17,sox32由来細胞）血管内皮細胞が内胚葉から発生する細胞もあることがわかった。これらの細胞群は、中胚葉マーカーであるdraculinの発現とは一致しないことからも内胚葉由来であることがわかった。
   さらにIsl1陽性細胞をFACSでソートして、他の血管内皮細胞との遺伝子発現の差異を検討したところ、ほとんどクラスターとしては区別が不可能であることから、ある時期に内皮細胞としての特徴を獲得していること、つまり仲介用由来の内皮細胞とのconvergenceが生じていることがわかった。さらに、興味深いことにこれらのIsl1陽性細胞由来の内皮細胞が造血幹細胞のニッチ形成細胞であることも明らかにした(Dev. Cell revision 中)。

1. Watanabe-Takano H, Ochi H, Chiba A, Matsuo A, Kanai Y, Fukuhara S, Ito N, Sako K, Miyazaki T, Tainaka K, Harada I, Sato S, Sawada Y, Minamino N, Takeda S, Ueda HR, Yasoda A, Mochizuki N. Mechanical load regulates bone growth via periosteal Osteocrin. Cell Reports. 36, 109380, 2021.
2. Ando K, Shih YH, Ebarasi L, Grosse A, Portman D, Chiba A, Mattonet K, Gerri C, Stainier DYR, Mochizuki N, Fukuhara S, Betsholtz C, Lawson ND. Conserved and context-dependent roles for pdgfrb signaling during zebrafish vascular mural cell development. Developmental Biology. 479, 44522, 2021.
3. Handa T, Mori KP, Ishii A, Ohno S, Kanai Y, Watanabe-Takano H, Yasoda A, Kuwabara T, Takahashi N, Mochizuki N, Mukoyama M, Yanagita M, Yokoi H. Osteocrin ameliorates adriamycin nephropathy via p38 mitogen-activated protein kinase inhibition. Scientific Reports. 11, 21835, 2021.
4. Nakajima H, Chiba A, Fukumoto M, Morooka N, Mochizuki N. Zebrafish Vascular Development: General and Tissue-Specific Regulation. Journal of Lipid and Atherosclerosis. 10, 145-159, 2021.
5. Fukui H, Chow RW, Xie J, Foo YY, Yap CH, Minc N, Mochizuki N, Vermot J. Bioelectric signaling and the control of cardiac cell identity in response to mechanical forces. Science. 374, 351-354, 2021.