多階層シングルセル解析を応用した骨再生機構の解明と新規再生療法の基盤構築

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成体における主な造血の場である骨髄は周囲を骨に囲まれており、間葉系幹細胞、間葉系前駆細胞、骨芽細胞、骨髄間質細胞など様々な骨格系細胞が存在している。その中で間葉系幹細胞は強力な骨芽細胞分化能を有しており、細胞培養や細胞表面マーカーにより単離され、再生医療に広く用いられている。しかしながら、生体内において時空間的に真の間葉系幹細胞の動態を明らかにした研究はなく、再生医学の発展の障壁となっている。本研究では多階層シングルセル解析により様々な骨格系細胞の多様性を明らかにした上で、それぞれの細胞の系譜追跡を行うことで真の間葉系幹細胞と骨格系細胞の分化系譜のヒエラルキーを同定する。さらに間葉系幹細胞の骨芽細胞分化を制御する遺伝子とそのメカニズムを明らかにし、骨再生過程における間葉系幹細胞の時空間的な細胞ダイナミクスを解明する。本年はまず間葉系幹細胞の探索を行った。若齢マウスから、赤色蛍光色素で標識した様々な骨格系細胞を採取し、その多様性をシングルセル解析を用いて明らかにした。次にデータサイエンスの手法を用いて推定された幹細胞集団で強く発現する遺伝子、Fgfr3に着目し、タモキシフェン誘導性のCreERマウスを用いて、細胞系譜追跡を行った。骨髄において、Fgfr3陽性細胞は骨内膜に特異的に存在しており、これらの細胞は経時的に様々な骨格系の細胞へと分化した。これらのことから、骨内膜には骨の幹細胞が存在することが明らかになった。