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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20658067/
• 关键词: 骨格筋; 筋幹細胞; 衛星細胞; 肝細胞増殖因子HGF; セマフォリン3A; 運動神経細胞; 神経細胞忌避因子; 筋肥大・再生; 骨格筋; 筋幹細胞; 衛星細胞; 肝細胞増殖因子HGF; セマフォリン3A; 運動神経細胞; 神経細胞忌避因子; 筋肥大・再生

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).

在与动物生长和运动相关的肌肉肥大和再生过程中，与肌肉纤维相关的运动神经网络已重建，但是控制它们的分子机制是完全未知的。如果可以澄清这一点，则可以预期创建促进运动神经重建的开创性技术，并且有可能抑制运动神经退化并促进肌肉肥大和再生。这项研究的重点是神经元的驱虫Semaphorin3a（SEMA3A），旨在阐明诱导其表达和作用机理的因素。在第一年，使用卫星细胞的原发性培养系统，揭示了早期分化的肌肉干细胞（卫星细胞）接收肝细胞生长因子（HGF；肌肉肥大和再生的基本因素），诱发了Sema3a的表达和分泌。在今年（最后一年），我们研究了唯一的HGF细胞膜受体C-MET参与上述SEMA3A表达信号传导，还研究了卫星细胞中的SemA3A表达是否在体内发生。首先，揭示了C-MET的特定中和抗体中的添加到卫星细胞培养系统中对HGF的SEMA3A表达没有影响，这表明未知受体参与SEMA3A表达信号传导。接下来，建立了一个体内实验系统，以通过用镊子按下大鼠后肢的小腿来诱导肌肉再生。随着时间的推移，从肌肉中分离出卫星细胞，检查了SEMA3A的mRNA表达水平的变化，结果表明，从肌肉损伤后的第四天开始，细胞开始显着上升，并且从第8天到第12天保持恒定，然后在第30天恢复到原始低水平。这种变化与细胞分化标记物的表达水平的变化非常相对应。此外，由于表达SEMA3A的细胞是脱敏阳性的，因此已经发现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，神经元的方向和粘附受卫星细胞的联合分泌积极控制，这表明卫星细胞不仅参与肥大和肌肉纤维的修复，还参与了重建运动神经元网络。此外，HGF促进了卫星细胞的激活和增殖，并在细胞分化过程中诱导SEMU3A的合成，揭示了HGF的巧妙时间序列生理效应。下面描述的期刊文章（Tatsumi etal。2009）被选为编辑重点。 McLoon，L.K。，卫星细胞的新作用：Semaphorin 3a肌肉损伤后的重新支配。专注于“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che Morepellent Sema3a”。 《美国生理学杂志》生理学杂志297。C227-C230（2009）。