Comprehensive elucidation of the energy metabolism of hematopoietic stem cells by measuring the concentration of ATP in living cells

通过测量活细胞内ATP浓度全面阐明造血干细胞能量代谢

基本信息

批准号：
20J11659
负责人：
綿貫慎太郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
National Center for Global Health and Medicine (2021)Keio University (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11659/
关键词：
造血幹細胞アデノシン三リン酸解糖系酸化的リン酸化代謝

项目摘要

申請者はATP濃度のFRETバイオセンサーである”GO-ATeam2”を用い、造血幹細胞(HSC)の代謝動態の解明に取り組んだ。採用1年目において明らかとした加齢HSCのミトコンドリア代謝の強靭な可塑性、ならびに週齢にかかわらないHSCに特異的な代謝制御システムの分子機構についての詳細な研究を行った。加齢HSCにおけるミトコンドリア代謝可塑性を規定する分子基盤として、定常状態においてATP産生に対する寄与が少ない電子伝達系複合体(ETC complex)が重要な役割を担うと仮定して研究を進め、ETC complex IIにより活性化される脂肪酸ベータ酸化(FAO)が加齢HSCにおいてより強力に活性化されうることを見出した。さらにその上流因子として、造血に必須なサイトカインであるTPO刺激によって維持され、かつETC complex IIの組み立てに必須であるSdhaf1タンパク量が加齢HSCにおいて増加し、その結果としてミトコンドリア代謝が強力に活発化されることを見出した。HSCにのみ特異的な代謝機構の観点からは、増殖ならびに分化においては解糖系がPfkfb3依存的に活性化することを明らかにした。さらに、Pfkfb3の活性化は転写産物量依存的ではなくprmt1によるPfkfb3の翻訳後修飾に依存していることを明らかにした。これらのHSCならびに加齢HSCにおける代謝システムの意義は、いずれもin vitroのシステムで各種阻害剤を用いて明らかとしたが、いずれの結論に対してもin vivoでの移植後再構築能評価を行い、その生体内での重要性も確認した。本研究結果は、多くの生体や細胞数を必要とした従来の研究過程を大幅に短縮しうる画期的な技術となり、さらにはその技術を用いてこれまで困難であったHSCの網羅的な代謝測定による新規知見を得ることが出来た。

申请人使用了具有ATP浓度的FRET生物传感器“ Go-Ateam2”来阐明造血干细胞的代谢动力学（HSC）。我们对老年HSC中线粒体代谢的稳健可塑性以及HSC特异性代谢控制系统的分子机制进行了详细研究，这些研究在就业第一年就很明显。我们已经对以下假设进行了研究：电子转移复合物（ETC复合物（ETC复合物）对以稳定状态的贡献几乎没有贡献，它是定义衰老HSC中线粒体代谢可变性的分子基础的重要作用，并且发现脂肪酸β氧化（FAO）由ETC Complection II激活II会更具毒性为aged AgdScics Angscics Angscics Aged Hhscs而言。此外，作为上游因素，发现SDHAF1蛋白的量是由TPO刺激（一种用于造血剂的必不可少的细胞因子）维持的，这对于衰老HSC的组装而言是必不可少的，它会增加HSC的衰老，从而导致线粒体形成代谢强大的激活。从特异性HSC的代谢机制的角度来看，据表明糖酵解是Pfkfb3在增殖和分化中依赖性激活的。此外，我们揭示了PFKFB3的激活不是转录本的加载，而是PRMT1对PFKFB3的翻译后修饰。这些代谢系统在HSC和与年龄相关的HSC中的重要性在体外系统中使用了各种抑制剂，但是在体内结果，对这两个结论都评估了体内重建能力，并确认了这些体内的重要性。这项研究的结果是一项开创性的技术，它可以大大缩短需要大量活生物体和细胞的常规研究过程，并且能够通过HSC的全面代谢测量获得新发现，直到现在为止一直很困难。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

実験医学 2020年6月号　酸素環境と造血幹細胞システム

实验医学2020年6月号氧环境与造血干细胞系统

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kunimitsu M;Nakagami G;Minematsu T;Sanada H;綿貫慎太郎・田久保圭誉
通讯作者：
綿貫慎太郎・田久保圭誉

Integrative analysis reveals significance of metabolic programs of aged hematopoietic stem cells

综合分析揭示衰老造血干细胞代谢程序的重要性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shintaro Watanuki;Hiroshi Kobayashi;Yuki Sugiura;Yuriko Sorimachi;Masamichi Yamamoto;Makoto Suematsu;Shinichiro Okamoto;Keiyo Takubo
通讯作者：
Keiyo Takubo

Real-Time ATP Analysis Reveals Thymidine Requirement of Quiescent Hematopoietic Stem Cells

实时 ATP 分析揭示静态造血干细胞的胸苷需求