細胞生物学部
研究活動の概要

　循環器疾患の病態解明を目指すためには、心臓・血管の臓器形成機構から、循環臓器の恒常性維持機構を解剖学的・生理学的・生化学的・分子細胞生物学的・遺伝学的に調べる必要がある。
細胞生物学部では、生体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きた。さらに、令和4年度からは、成体での循環調節機能を維持する機構を解明するために、成体でも透明なDanionella Cerebrum (以降　透明魚) の遺伝子改変体を用いた生体イメージング手法も展開している。ゼブラフィッシュを用いることで、脊椎動物の循環臓器形成に普遍的な転写調節から、臓器位置の決定や、心臓での心腔形成・弁形成から、血管・脈管では動静脈、リンパ管形成機構まで検討するとともに、成体での情報伝達系の活性化と臓器・組織維持機構のメカニズム解明とその破綻による病態解明を目指している。

　臓器形成時に如何に細胞同士が協調的に機能するか、また、その協調性を誘導する情報伝達系は如何に制御されているかを解明することを目的とした研究を実施している。循環臓器である心臓・血管・血球系はいずれも中胚葉から発生すると考えられ、その協調性は起源に依存すると考えられる。循環成立のためには、心臓―血管の連結と血管内腔を循環する血球より成立した循環器が発生初期に作られることが個体発生には不可欠である。つまり、遺伝学的に決定された転写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。

　循環器疾患は、心臓・血管を構築する細胞集団の障害による臓器機能の低下が原因となっていることは自明であり、さらに炎症や細胞死が遊走されるために組織の機能が必然的に低下することになる。解剖学的な障害や機能の破綻による臓器障害は循環器に特殊ではないが、血管の狭窄が原因となる虚血性疾患は血管内皮細胞の機能低下が主たる原因であり、経年変化による内皮細胞の持続的な酸化ストレスが血管障害の原因となる。したがって、透明魚を用いた経時的変化観察が血管障害の原因解明には有効な手段となると考えている。

　日本科学技術振興機構で進められている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) 内で血管性認知症と混合型認知症 (アルツハイマー型認知症と血管認知症の混合型) についての血管グループリーダーを務め、血管障害と脈管障害が原因となる認知症発症について研究を実施している。病院病理 (畠山部長・大郷医長) と神経内科 (猪原医長・齊藤医長) にも協力頂いてcerebral amyloid angiopathy (CAA) と血管型認知症のヒトの発症についての検討も開始した。血管認知症研究グループ研究院が所属する京都大学、神戸大学、慶応大学との共同研究により、一細胞解析による病態解明・発症予測についてもメカニズムとの因果関係解明に動物モデルを用いた研究を実施している。

　国立障害者リハビリテーション病院の澤田泰宏部長が未来開拓事業で研究してきた間質の流動性による延髄孤束核への刺激による降圧作用をラットとヒトで検証することができた。実臨床への橋渡しを澤田客員部長とともに進めている。

　共創の場のproject leader (PL) としてもイメージングプラットフォームの運営に携わることで、最先端イメージング機器を利用した独自の研究と国循外の共同研究者の補助により科学の解明に貢献すべく部員一丸となって努力している。

　主な実験内容は

  1. 循環臓器 (心臓・血管) 構築細胞の協調による臓器形成と臓器維持機構について、特に内皮細胞、周細胞の臓器ごとの細胞形態・運動を調節する情報伝達の解明
  2. 心臓と大血管の接続機構の検討
  3. Wntシグナル陽性心筋細胞の冠血管形成促進機構の解明
  4. 生体左右非対称性原理
  5. angiopoietin-Tie1受容体シグナルのリンパ管形成機構の解明
  6. 新たなリンパ管内皮細胞接着因子の発見
  7. pH依存性の細胞応答を制御するphosphatidyl inositolフロップ機能責任分子の同定
  8. 脳間質液循環と生活習慣病
  9. 脳脊髄液と神経変性疾患が原因となる認知症の因果関係についての検討
2023年の主な研究成果

  1. 房室間の弁形成機構と房室間溝に局在する心筋細胞の機能
    房室間には、弁形成を心内膜内皮細胞とともに弁形成に関わる心筋細胞が局在している。特に情報伝達系のなかでもNotch, Bone morphogenetic peptide シグナル、刺激伝導系細胞の集積が見られるのが房室間溝の心筋細胞である。内皮細胞も、心内膜内皮細胞がCa2+依存性の転写因子であるNfatc1を介して、EndoMTを制御 (Twistの調節) していることも突き止めてきた。つまり弁形成以外にも、房室間溝に局在する心筋細胞が果たす機能が想定され、canonical Wntシグナルが陽性となる心筋細胞が房室間溝の特に心房筋として局在することを見出して、これらの心房心筋が如何なる機能を有しているのかを突き止める研究を進めてきた。その結果として、心内膜内皮細胞が、将来心筋層を貫いて外膜側で冠状血管の内皮細胞となることがわかり、その心内膜内皮細胞の心筋層の貫通を誘導する心筋としてのWntシグナル陽性細胞の機能を明らかにした (Dev. Cell　revise中)。

  2. 循環のための心臓と血管の接合
    心臓と血管がつながることにより血液循環が開始される。ゼブラフィッシュ心臓outflow側が大動脈とinflow側が総主静脈と結合するが、心内膜内皮細胞と大血管内皮細胞の接着により内腔を持った心臓と血管がつながることになる。この心内膜内皮細胞と総主静脈内皮細胞の接着についてまず検討した。もともと、内皮細胞間接着の接着結合にはカドヘリン分子の中でvascular endothelial cadherin (VE-cad, Cad5) が必要と言われていたが、Type2 cadherinのCadherin-6 (Cad6) が総主静脈と心内膜内皮細胞に発現していて、ジッパー様接着を形成することが分かった。Cad6の細胞内ドメインのカルボキシ末端にenhanced green fluorescent protein (EGFP) をノックインし遺伝子改変個体を作成して、内因性のCad6の発現部位と内皮細胞間接着時の分子の挙動を観察した。また同時にアクチン細胞骨格との同時観察により内皮細胞間接着の裏打ち構造としてのアクチンのダイナミクスを観察することで、内皮細胞のジッパー様接着形成機構を明らかにすることができた。

  3. 内胚葉由来静脈内皮細胞の血液造血幹細胞ニッチ形成
    心筋細胞、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、リンパ管内皮細胞、血球は中胚葉に由来する (教科書にも記載されている)。Isl1陽性細胞が尾側側で集団で出現するが、これらの細胞が血管内皮細胞の局在部位と一致すると考えられたために、Isl1陽性細胞が血管内皮細胞に分化する可能性を検討した。背側大動脈と腹側静脈に挟まれる部位にあるはcaudal hematopoietic tissue (CHT) にIsl1陽性細胞を認めることから、この細胞群がCHTの静脈ニッチを形成する可能性を調べた。isl1陽性細胞の起源をIsl1-CreTgを用いて系譜解析を行ったところ、Isl1-陽性細胞が血管内皮細胞に分化することがわかり、さらにIsl1陽性細胞は発生初期にSox32+の内胚葉由来であることを突き止めた。以上の結果から、つまり、これまで報告されている内皮細胞が中胚葉由来である以外に内胚葉細胞群由来であり、また造血幹細胞ニッチを形成する特徴的な血管内皮細胞集団に分化することを明らかにすることができた (Dec. Cell 2023)。