ヒト骨発生機構の理解に基づく組織再生研究基盤の構築

了解人体骨骼发育机制，为组织再生研究奠定基础

• 批准号: 21H04952
• 负责人: 鄭 雄一
• 金额: $ 26.21万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04952/
• 关键词: 骨再生; 幹細胞; 一細胞解析; hPSCs; 骨誘導; ヒト多能性幹細胞; ゲノム編集

本研究では、ヒト骨発生機構の理解に基づく骨再生研究基盤の構築を目指し、以下の４つのプロジェクトを遂行する：1.ヒト骨発生機構の解析、2.ヒト骨発生制御シグナル因子群の抽出、3.シグナル因子群の機能・階層性の検証、4.ヒト骨再生性シグナルと足場材料の統合と骨欠損モデルを用いたPOC検証。本年度は昨年度に引き続き上記1,2のプロジェクトを進めた。当研究室で開発したヒト多能性幹細胞由来三次元骨組織を用いた遺伝子制御ネットワークの解析を行った。ヒト多能性幹細胞から椎板細胞（骨軟骨前駆細胞）へのStepwise分化誘導と、誘導細胞の免疫不全マウス腎被膜下への移植により三次元骨組織を誘導する。誘導した骨組織から細胞を回収した後、細胞核を抽出し、一細胞マルチオーム解析（Single Cell RNA-seq＋Single Cell ATAC-seq）を行った。本解析では、クロマチン状態と遺伝子発現を一細胞単位で同時に検出することが可能である。クロマチンが開いている状態は、遺伝子発現を正に制御するエンハンサー活性と高い相関があることから、ヒト骨発生におけるダイナミックなエンハンサー活性と遺伝子発現機構の解明に取り組んだ。マルチモーダルなクラスタリング解析により、骨組織に存在する骨格前駆細胞、軟骨・肥大軟骨細胞、骨芽細胞に相当する10の細胞集団の特徴を明らかにした。得られた細胞種特異的なシグナルー転写因子群を同定するため、オープンクロマチン領域におけるモチーフ活性と遺伝子発現を統合解析し、有意水準以上の転写因子群と関連するシグナル因子を抽出した。

This study aimed to establish a research base for bone regeneration based on the understanding of bone growth mechanism. The following four aspects were carried out: 1. The analysis of bone growth mechanism; 2. The extraction of bone growth mechanism factors; 3. The functional and hierarchical model of bone growth mechanism factors; 4. The POC model of bone regeneration mechanism factors. This year's annual report on the 1,2-page report When the research laboratory developed pluripotent stem cells from three-dimensional bone tissue, it was used to analyze the gene system. Pluripotent stem cells include lamina cells (osteochondral anterior cells), Stepwise differentiation induction, induction of immune deficiency, transplantation of subrenal capsule, induction of three-dimensional bone tissue. After induction of bone tissue, cell nucleus extraction, single Cell RNA-seq+Single Cell ATAC-seq This analysis is based on a single cell, a single cell, and a single cell. In the case of open state, the activity of gene generation is controlled positively, and the correlation between activity and activity is high. The characteristics of 10 cell clusters corresponding to osteoclast cells, cartilage, hypertrophic chondrocytes and osteoblast cells present in bone tissue are clearly described. The results show that the expression of cell species-specific genes is consistent with the expression of gene activity and gene expression, and the expression of gene activity is consistent with the expression of gene expression.

项目成果

南カリフォルニア大学/コネティカット大学(米国)

南加州大学/康涅狄格大学（美国）

Elucidating Gene Regulatory Networks Underlying Human Skeletal Development by Integrating a Model of Human Endochondral Bones and Single-cell Multiomics

通过整合人类软骨内骨模型和单细胞多组学来阐明人类骨骼发育背后的基因调控网络

• 发表时间: 2022
• 作者: Shoichiro Tani;Hiroyuki Okada;Masahide Seki;Yutaka Suzuki;Taku Saito;Sakae Tanaka;Ung-il Chung;Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
• 通讯作者: Hironori Hojo and Shinsuke Ohba

ヒト多能性幹細胞由来3次元骨組織誘導法と単一細胞解析を用いたヒト骨形成機構の探索

利用人类多能干细胞来源的3D骨组织诱导方法和单细胞分析探索人类骨形成机制

• 发表时间: 2021
• 作者: 谷 彰一郎; 岡田 寛之; 齊藤 琢; 田中 栄; 鄭 雄一; 北條 宏徳; 大庭 伸介
• 通讯作者: 大庭 伸介

ELUCIDATING HUMAN SKELETAL DEVELOPMENT BY INTEGRATING SINGLE-CELL ANALYSIS AND BONE TISSUE INDUCTION USING HUMAN PLURIPOTENT STEM CELLS

通过整合单细胞分析和使用人类多能干细胞的骨组织诱导来阐明人类骨骼发育

• 发表时间: 2021
• 作者: Shoichiro Tani;Hiroyuki Okada;Masahide Seki;Yutaka Suzuki;Taku Saito;Sakae Tanaka;Ung-il Chung;Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
• 通讯作者: Hironori Hojo and Shinsuke Ohba

Induction and expansion of human PRRX1+ limb-bud-like mesenchymal cells from pluripotent stem cells

• DOI: 10.1038/s41551-021-00778-x
• 发表时间: 2021-08-09
• 期刊: NATURE BIOMEDICAL ENGINEERING
• 影响因子: 28.1
• 作者: Yamada, Daisuke;Nakamura, Masahiro;Takarada, Takeshi
• 通讯作者: Takarada, Takeshi