ヒト多能性幹細胞を用いた３次元的先天性側弯症・脊椎肋骨異形成症モデルの確立

利用人多能干细胞建立三维先天性脊柱侧凸/脊柱肋骨发育不良模型

• 批准号: 22K15442
• 负责人: 山中 良裕
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K15442/
• 关键词: 発生生物学; 幹細胞研究; 病態再現; 体節形成; 再生医療

脊椎動物の分節化されたボディープランは体節形成の過程で確立される。体節形成は、モデル生物においてよく研究されているが、ヒトでのこの過程の詳細は、倫理的および技術的な制約があるため、ほとんど分かっていない。最近、多能性幹細胞を用いた手法が進歩しているが、ヒトの体節形成を空間的、時間的な両方の特徴をロバストに再現するモデルは十分ではない。今回申請者は、多能性幹細胞由来の中胚葉を基盤とする、ヒトの分節形成および体節形成の3次元モデル（「アクシオロイド（axioloid）」と名付けた）を確立した。アクシオロイドは、in vitroにおいて分節時計の振動動態と、連続的な体節形成の形態学的および分子的な特徴を正確に捉えている。アクシオロイドは、形成中の分節において、生体内で認められる特徴と同様の、適切な頭尾軸パターン形成と、FGF-WNTシグナル伝達勾配やレチノイン酸シグナル伝達構成要素のロバストな前後パターンを示した。レチノイン酸シグナル伝達は形成中の分節の安定化において予想外に重要な役割を果たすことが明らかになり、レチノイン酸と細胞外マトリックスが体節の形成と上皮化において、それぞれの役割は異なるが相乗効果を及ぼすことも示された。ヒト胚との比較解析から、アクシオロイドとヒト胚に顕著な類似性があることが実証され、さらにアクシオロイドにはHoxコードが存在することが検証された。そのうえ、HES7およびMESP2に変異を持つ人工多能性幹細胞を用いることで、アクシオロイドはヒトの先天性脊椎疾患の病因を研究するのに有用であることが示された。我々の結果は、アクシオロイドがヒトの体軸の発生と疾患を研究するための有望なプラットフォームであることを示している。

脊椎动物的分段身体计划是在体节发生过程中建立的。尽管体节发生在模式生物中得到了充分研究，但由于伦理和技术限制，人类这一过程的细节在很大程度上是未知的。尽管最近在使用多能干细胞的方法方面取得了进展，但仍然没有足够的模型能够稳健地再现人类体节形成的空间和时间特征。申请人现已建立了基于多能干细胞衍生的中胚层的人体分割和体节形成的三维模型（称为“axioloid”）。 Axioroids 准确地捕捉节段时钟的振荡动力学以及体外连续体节形成的形态和分子特征。 Axioroids 在其形成片段中表现出正确的头尾模式和稳健的 FGF-WNT 信号梯度和视黄酸信号成分的前后模式，与体内观察到的特征相似。视黄酸信号传导在稳定形成片段方面发挥着意想不到的重要作用，这表明视黄酸和细胞外基质在体节形成和上皮化中发挥着独特但协同的作用。与人类胚胎的比较分析证明了axioroids和人类胚胎之间的显着相似性，并进一步验证了axioroids中Hox密码的存在。此外，通过使用具有 HES7 和 MESP2 突变的诱导多能干细胞，axioroids 被证明可用于研究人类先天性脊柱疾病的发病机制。我们的结果表明，axioroids 是研究人类轴发育和疾病的有前途的平台。

项目成果

Reconstituting human somitogenesis in vitro

体外重建人类体节发生

• DOI: 10.1038/s41586-022-05649-2
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nature
• 影响因子: 64.8
• 作者: Yamanaka Yoshihiro;Hamidi Sofiane;Yoshioka-Kobayashi Kumiko;Munira Sirajam;Sunadome Kazunori;Zhang Yi;Kurokawa Yuzuru;Ericsson Rolf;Mieda Ai;Thompson Jamie L.;Kerwin Janet;Lisgo Steven;Yamamoto Takuya;Moris Naomi;Martinez-Arias Alfonso;Tsujimura Taro;Alev
• 通讯作者: Alev

AXIOLOID: A STEM CELL-BASED MODEL OF HUMAN AXIAL DEVELOPMENT

Axioloid：基于干细胞的人体轴发育模型

• 发表时间: 2023