細胞間相互作用に着目した心臓流出路の形態形成機構の解明

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ビコイド型ホメオドメイン転写因子Pitx2のsplice isoformであるPitx2cは、マウス胚では左右非対称に発現する。心臓では一部の心筋細胞で発現し、Pitx2c に特異的エンハンサーをノックアウトした Pitx2 ΔASE/ΔASE 変異マウス は、大血管転位、両大血管右室起始の心臓形態を呈す。私たちは、Pitx2c を起点に、心臓流出路の形態形成を担う分子機構を解明することを目標に研究を進めた。まず、Cre-loxPシステムを用いたPitx2c発現細胞系譜の追跡するための実験系と組織透明化技術を用いて3Dイメージングを行なったところ、変異型でのPitx2c を発現すべきであった心筋細胞の分布が、総動脈幹を大動脈と肺動脈に分離する構造である円錐動脈幹隆起の近傍で大きく異なっていた。心臓流出路のシングルセル解析 (scRNA-seq) では、特定の心筋細胞のクラスターで平面極性や遊走に関わる遺伝子群に発現変動が認められ、円錐動脈隆起の位置決定に関わるSemaphorinシグナルを介した相互作用が心臓神経堤細胞との間に存在することが示唆された。更にPitx2のC末端にHA-tagが付加されたマウスES細胞株に心筋分化を誘導し、CUT & RUN法によるPitx2の転写標的解析を行なったところ、アクチンを介した細胞内骨格の再構成および遊走を担う遺伝子が直接の転写標的として同定された。これらの結果から、Pitx2はその下流において、細胞骨格の再構成と平面内極性を制御し、発現履歴を持つ心筋細胞を適所に遊走させ、娘細胞が心臓神経堤細胞とSemaphorinシグナルを介して相互作用することによって、円錐動脈幹隆起の位置が決定されることが示唆された。