筋幹細胞による運動神経ネットワークの制御

肌肉干细胞控制运动神经网络

基本信息

批准号：
20658067
负责人：
辰巳隆一
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

動物の成長や運動に伴う筋肥大・再生の過程で、筋線維に付着している運動神経ネットワークは再構築されるが、それを支配すろ分子機構は全く不明である。これを解明できれば、運動神経の再構築を促進する画期的な技術の創出が期待され、運動神経の退行疾愚を抑制したり筋肥大・再生を促進できると予想される。本研究では神経細胞忌避因子semaphorin3A(Sema3A)に着目し、その発現を誘導する因子および作用機構を解明することを目指している。初年度では、衛星細胞の初代培養系を用いて、分化初期の筋幹細胞(衛星細胞)が肝細胞増殖因子(HGF;筋肥大・再生に不可欠な因子)を受けるとSema3Aの発現・分泌が誘導されることを明らかにした。本年度(最終年度)では、HGFの細胞膜受容体として唯一同定されているC-METが上記のSema3A発現シグナリングに関与しているかどうかを調べるとともに、衛星細胞でのSema3A発現が生体内でも起きるかどうかを調べた。先ず、衛星細胞の培養系にC-METの特異的中和抗体を添加しても、HGFによるSema3A発現には何ら影響がないことを明らかにしたこのことは、未知の受容体がSema3A発現シグナリングに関与していることを示している。次に、ラットの後肢のふくらはぎの筋を鉗子で圧迫し、筋再生を誘導するIN VIVO実験系を確立した。経時的に筋から衛星細胞を単離し、Sema3AのmRNA発現量の変化を調べたところ、筋損傷後4日目から有意に上昇しはじめ、8日目から12日目までほぼ一定となった後、30日目には元の低いレベルに戻った。この変化は細胞分化マーカーであるmyogeninの発現量の変化と良く対応していた。また、Sema3Aを発現している細胞はデスミン陽性であることから、筋損傷・再生過程で衛星細胞がSema3Aを合成することが明らかになった。これらの実験結果は、衛星細胞が合成分泌するSema3Aによって神経細胞の配向や接着を積極的に制御しており、これにより衛星細胞が筋線維の肥大や修復だけではなく運動神経網の再構築にも関与していることを示唆している。またHGFは衛星細胞の活性化・増殖を促進する他、細胞分化期にはSemu3Aの合成を誘導することから、HGFの時系列的な巧みな生理作用も明らかになった。後述の雑誌論文(Tatsumi et al. 2009)がEditorial Focusに選定された。McLoon, L.K., A new role for satellite cells : control of reinnervation after muscle injury by semaphorin 3A. Focus on "Possible implication of satellite cells in regenerative motoneuritogenesis : HGF upregulates neural che morepellent Sema3A during myogenic differentiation". American Journal of Physiology-Cell Physiology 297. C227-C230 (2009).

在伴随动物生长和运动的肌肉肥大和再生过程中，附着在肌肉纤维上的运动神经网络被重建，但控制这一过程的分子机制完全未知。如果能够阐明这一点，有望创造出促进运动神经重建、抑制运动神经退化、促进肌肉肥大和再生的革命性技术。本研究重点关注神经元排斥因子semaphorin3A（Sema3A），旨在阐明诱导其表达的因素及其作用机制。第一年，我们使用卫星细胞原代培养系统，在分化早期的肌肉干细胞（卫星细胞）接受肝细胞生长因子（HGF；肌肉肥大和肌肉肥大所必需的因子）时，诱导Sema3A的表达和分泌。再生）已明确表示将会完成。今年（最后一年），我们将研究C-MET（唯一确定的HGF细胞膜受体）是否参与上述Sema3A表达信号传导，以及卫星细胞中的Sema3A表达是否也在体内发生。进入其中。首先，我们发现向卫星细胞培养系统添加 C-MET 特异性中和抗体对 HGF 诱导的 Sema3A 表达没有影响，这表明未知受体可能参与 Sema3A 表达信号传导。接下来，我们建立了一个体内实验系统，其中用镊子压缩大鼠后肢的小腿肌肉以诱导肌肉再生。从肌肉中分离出随时间变化的卫星细胞，研究Sema3A mRNA表达水平的变化。从肌肉损伤后第4天开始，Sema3A的表达水平开始显着增加，从第8天到第12天几乎保持恒定，恢复到原来的水平。 30日低位。这种变化与细胞分化标记物肌生成素表达水平的变化很好地对应。此外，表达Sema3A的细胞呈结蛋白阳性，表明卫星细胞在肌肉损伤和再生过程中合成Sema3A。这些实验结果表明，卫星细胞合成和分泌的Sema3A主动控制神经元的定向和粘附，卫星细胞不仅肥大和修复肌纤维，而且重建运动神经网络，表明它们也参与其中。此外，HGF不仅促进卫星细胞的活化和增殖，还在细胞分化阶段诱导Semu3A的合成，揭示了HGF按时间顺序复杂的生理效应。下面提到的期刊文章 (Tatsumi et al. 2009) 被选为编辑焦点。 McLoon, L.K.，卫星细胞的新作用：信号蛋白 3A 控制肌肉损伤后的神经支配。重点关注“卫星细胞在再生运动神经发生中的可能含义：HGF 在肌原性分化过程中上调神经化学作用 Sema3A”。生理学 297。C227-C230 (2009)。