心筋脱分化を特異的に誘導する新規転写因子の機能解析

特异性诱导心肌去分化的新型转录因子的功能分析

• 批准号: 21K08144
• 负责人: 小川 真仁
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Cardiovascular Center Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K08144/
• 关键词: 心筋再生; 心筋細胞脱分化; ゼブラフィッシュ; 心筋細胞増殖

ゼブラフィッシュ(ゼブラ)の心臓は損傷後に心筋細胞の脱分化・増殖を介して再生する。最近の報告によると心筋細胞のリプログラミングによる心筋脱分化誘導により、再生不能なマウスの心臓でも再生能を獲得することが報告された。これは心臓再生において心筋脱分化誘導機構の理解が重要であることを示している。本研究は申請者が明らかにしたゼブラ心臓で心筋細胞脱分化・増殖を制御する転写因子Kruppel-like factor (Klf1)の下流解析を介して同定された新規転写因子の機能解析から心筋細胞の脱分化誘導機構を明らかにすることを目的とする。これまでにKlf1の下流解析を行なった結果、新たに心筋脱分化を強力に誘導する転写因子を同定した。この機能を解析する事により、心筋脱分化の誘導機構や心筋再生における役割を理解する。この転写因子の恒常的活性型をゼブラの心臓に心筋特異的に過剰発現させると心筋のほぼ全域に強力な心筋脱分化を誘導する。この分子機構を理解するため、この心臓の遺伝子発現を解析を行った。すると心筋分化の中枢として働く転写因子群や心筋構成因子の遺伝子発現は有意に減少する事が分かった。この事は心筋分化を転写レベルで抑制し、分化を逆行させている事が明らかになった。またこの転写因子は再生心臓においても心筋細胞で発現が上昇する事が分かった。そこで心臓再生におけるこの因子の役割を理解するため、心筋特異的に機能阻害する遺伝子改変系統(cKO)のゼブラ作製を行い。これまでに変異アレルを持ったホモ接合体を得ることが出来た。現在は成体になり、実験が開始まで飼育中である。それまでの間にこのモデルを用いて心臓発生における機能も観察した。これではこの遺伝子の機能を抑制しても発生期の心筋細胞増殖や分化には影響を与えない事が分かった。これによりこの転写因子は心筋再生特異的に働く遺伝子である可能性を示唆している。

斑马鱼心脏在损伤后通过心肌细胞的去分化和增殖来再生。根据最近的一份报告，即使是不可再生的小鼠心脏也可以通过心肌细胞重新编程诱导心肌去分化来获得再生能力。这表明了解心肌去分化诱导机制对于心脏再生具有重要意义。本研究基于对 Kruppel 样因子 (Klf1) 下游分析确定的新型转录因子的功能分析，Klf1 是一种控制斑马心脏中心肌细胞去分化和增殖的转录因子，目的是阐明分化诱导机制。作为 Klf1 下游分析的结果，我们发现了一种强烈诱导心肌去分化的新转录因子。通过分析这一功能，我们将了解心肌去分化的诱导机制及其在心肌再生中的作用。当该转录因子的组成型活性形式以心肌特异性方式在斑马心脏中过度表达时，它会在几乎整个心肌区域诱导强烈的心肌去分化。为了了解这种分子机制，我们分析了心脏中的基因表达。结果发现，在心肌分化中起核心作用的转录因子和心肌构成因子的基因表达显着降低。这表明心肌分化在转录水平受到抑制，从而逆转了分化。此外，发现该转录因子的表达在心肌细胞中增加，甚至在再生心脏中也是如此。因此，为了了解该因子在心脏再生中的作用，我们创建了一种特异性抑制心肌功能的转基因斑马品系（cKO）。到目前为止，我们已经能够获得具有突变等位基因的纯合子。它现在已经成年，在实验开始之前一直被圈养。同时，我们还利用该模型观察其在心脏发育中的功能。这表明抑制该基因的功能不会影响发育阶段心肌细胞的增殖或分化。这表明该转录因子可能是特异性作用于心肌再生的基因。

项目成果

Elucidating mechanism of cardiomyocyte renewal induced by transcription factor Klf1

阐明转录因子Klf1诱导心肌细胞更新的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahito Ogawa; Kazu Kikuchi
• 通讯作者: Kazu Kikuchi

HOPX governs a molecular and physiological switch between cardiomyocyte progenitor and maturation gene programs

HOPX 控制心肌细胞祖细胞和成熟基因程序之间的分子和生理学转换

• DOI: 10.1101/2022.04.17.488603
• 发表时间: 2022
• 作者: Friedman CE. Cheetham SW. Mills RJ. Ogawa M. Redd MA. Chiu HS; Shen S. Sun Y. Mizikovsky D. Bouveret R. Chen X. Voges H. Paterson S. De Angelis JE. Andersen SB. Yoon S. Faulkner GJ. Smith KA. Harvey RP. Hogan BM. Nguyen Q. Kikuchi K. Hudson JE. Palpant N
• 通讯作者: Shen S. Sun Y. Mizikovsky D. Bouveret R. Chen X. Voges H. Paterson S. De Angelis JE. Andersen SB. Yoon S. Faulkner GJ. Smith KA. Harvey RP. Hogan BM. Nguyen Q. Kikuchi K. Hudson JE. Palpant N

HOPX governs a molecular and physiological switch between cardiomyocyte progenitor and maturation gene programs

HOPX 控制心肌细胞祖细胞和成熟基因程序之间的分子和生理学转换

• DOI: 10.1101/2022.04.17.488603
• 发表时间: 2022-04-17
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Clayton E. Friedman;S. W. Cheetham;R. Mills;M. Ogawa;Meredith A. Redd;H. Chiu;Sophie Shen;Yuliangzi Sun;Dalia Mizikovsky;R. Bouveret;Xiaoli Chen;H. Voges;Scott Paterson;J. D. De Angelis;Stacey B. Andersen;Sohye Yoon;G. Faulkner;Kelly A. Smith;R. Harvey;Benjamin M. Hogan;Q. Nguyen;Kazu Kikuchi;James E. Hudson;N. Palpant
• 通讯作者: N. Palpant

Zebrafish Heme Oxygenase 1a Is Necessary for Normal Development and Macrophage Migration

斑马鱼<i>血红素加氧酶1a</i>对于正常发育和巨噬细胞迁移是必需的

• DOI: 10.1089/zeb.2021.0058
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 2
• 作者: Luo Kaiming;Ogawa Masahito;Ayer Anita;Britton Warwick J.;Stocker Rol;Kikuchi Kazu;Oehlers Stefan H.
• 通讯作者: Oehlers Stefan H.

Elucidating mechanism of cardiomyocyte renewal induced by transcription factor Klf1

阐明转录因子Klf1诱导心肌细胞更新的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahito Ogawa; Kazu Kikuchi
• 通讯作者: Kazu Kikuchi