A novel mechanism for mechanosensation in muscle stem cells

肌肉干细胞机械感觉的新机制

基本信息

批准号：
20J22984
负责人：
平野航太郎
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
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 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

骨格筋に内在する幹細胞である筋衛星細胞は、骨格筋の再生に必須である。筋衛星細胞は周囲の変化を感知し活性化することで筋線維の修復・再生を行うことが想定されてきたが、その分子実態の全容は未だ明らかになっていない。特に、筋衛星細胞への物理的刺激の感知（細胞力覚）が重要な役割を果たすが、筋衛星細胞の細胞力覚機構の詳細は明らかになっていない。これまでに、筋衛星細胞にも発現する、細胞膜に膜張力が加わることによって活性化する機械受容イオンチャネルPIEZO1やTRPM7に着目し研究を行ってきた。前年度の研究においては、研究内容（細胞膜張力により活性化される機械受容イオンチャネルPIEZO1が骨格筋の再生能に重要な役割を果たすこと）をもとに、当該年度はその分子機構解明を目指した。その結果PIEZO1は骨格筋幹細胞の活性化、細胞遊走、および細胞増殖時に、低分子量Gタンパク質RhoA活性化を惹起し、適切な筋再生をもたらすことを明らかにした。さらに、筋衛星細胞における微小環境変化に着目し、単離幹細胞を硬さの異なる培養ディッシュ上で増殖させたところ、野生型では基質の硬さに応じた増殖能亢進が見られたのに対し、Piezo1欠損筋衛星細胞ではその変化が見られなかったことから、PIEZO1は筋衛星細胞が周辺組織の硬さを感知するために必要であることが見出した。上記研究と並行して、PIEZO以外の機械受容機構の役割解明のため、機械受容イオンチャネルTRPM7の解析を行った。また、当該年度ではTRPM7による筋幹細胞活性化の制御機構としてmTOR経路に着目した。単離筋線維上の筋衛星細胞でS6や4E-BPの活性化体を免疫染色法にて検出したところ、Trpm7欠損筋衛星細胞ではそれらの活性化が低下することを見出した。以上、TRPM7を介した細胞周期調節を介した、筋幹細胞活性化促進に関わる分子機構解明に成功した。

肌肉卫星细胞是骨骼肌固有的干细胞，对于骨骼肌再生至关重要。人们认为肌肉卫星细胞通过感知周围环境的变化并激活它们来修复和再生肌肉纤维，但其完整的分子性质尚未阐明。特别是肌肉卫星细胞对物理刺激的感知（细胞力感知）发挥着重要作用，但肌肉卫星细胞的细胞力感知机制的细节尚未阐明。到目前为止，我们的研究重点是机械敏感离子通道 PIEZO1 和 TRPM7，它们也在肌肉卫星细胞中表达，并在细胞膜受到膜张力时被激活。在去年的研究基础上，今年我们的目标是阐明其分子机制。塔。结果表明，PIEZO1 在骨骼肌干细胞激活、细胞迁移和细胞增殖过程中诱导低分子量 G 蛋白 RhoA 的激活，从而导致适当的肌肉再生。此外，关注肌肉卫星细胞的微环境变化，当分离的干细胞在不同硬度的培养皿上生长时，野生型细胞根据基质的硬度表现出增强的增殖能力，这种变化在Piezo1缺陷的肌肉中没有观察到。卫星细胞，表明 PIEZO1 对于肌肉卫星细胞感知周围组织的硬度是必需的。与上述研究并行，我们分析了机械敏感离子通道TRPM7，以阐明除PIEZO之外的机械敏感机制的作用。此外，今年我们重点研究了 mTOR 通路作为 TRPM7 激活肌肉干细胞的控制机制。当我们使用免疫染色在分离的肌纤维上的肌卫星细胞中检测到 S6 和 4E-BP 的活化形式时，我们发现它们的活化在缺乏 Trpm7 的肌卫星细胞中减少。如上所述，我们成功阐明了通过TRPM7介导的细胞周期调节促进肌肉干细胞活化的分子机制。