Establishment of human airway organoid by understanding airway development in single-cell resolution

通过单细胞分辨率了解气道发育来建立人类气道类器官

• 批准号: 20H03693
• 负责人: 森本 充
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03693/
• 关键词: 気管; 発生; オルガノイド; １細胞転写解析; 呼吸器; 幹細胞; シングルセル解析; １細胞解析

前年度から継続して行ってきた、発生期に気管上皮の前駆細胞から全４種類の上皮細胞種が出現するまでの転写ネットワークの変遷の詳細な解析と、特に組織幹細胞である基底細胞の分化プロセスについて結果を取りまとめた。加えて、関連分子のノックアウトもしくはノックインマウスを使った気道上皮の損傷再生実験から、発生期に幹細胞の分化を決定づけるTGFbシグナルとId遺伝子の関係性が、成体の損傷再生時に再度活性化していることを明らかにし、発生と再生で保存された共通の原理を提唱するに至った(Kiyokawa et al., Dev. Cell 2021)。同時に進めていた気管間充織組織の時系列scRNA-seq解析から、気管間充織組織の前駆細胞から気管平滑筋細胞、気管軟骨細胞、気管間充織細胞が分化するプロセスを解析した。解析結果から、興味深いことに、３種類の細胞の起源となる共通の幹細胞の存在を示唆する結果が得られた。前駆細胞からそれぞれの細胞分化に関わりそうな細胞間シグナルをリストアップした。マウス胚E12.5の気管組織を取り出してex vivo培養とシグナルのアゴニスト、アンタゴニストを加えることで、それらの分子の各細胞分化への機能的な関わりを解析した。加えて、ヒトiPS細胞から気道上皮細胞の分化誘導実験を行ったが、分化誘導効率が思うように上がらなかった。そこで、以前に技術開発に成功しているヒトES 細胞に切り替えて、原条→前腸を誘導し、呼吸器もしくは食道の分化誘導を行った。誘導したES細胞由来の上皮と間充織の３次元培養を行い、胎児性の気管および食道オルガノイドの作出に成功した。

In the past year, all four types of epithelial cell species appeared in the development stage of epithelial cells in the development stage, and the detailed analysis of the differentiation of basal cells was carried out in the tissue stem cells. The relationship between TGFb and TGFb genes, which determine the differentiation of stem cells during development, and the reactivation of TGFb and TGFb genes during adult injury and regeneration (Kiyokawa et al., Dev. Cell 2021)。At the same time, the time series scRNA-seq analysis of vascular mesenchymal tissue was carried out, and the differentiation of vascular smooth muscle cells, vascular chondrocytes and vascular mesenchymal cells was analyzed. The results of the analysis show that there are three kinds of stem cells in the world, namely, the origin of stem cells and the existence of common stem cells The cell differentiation of the anterior cell is related to the intercellular differentiation. E12.5 was isolated from the tissue of the embryo and analyzed for the function of cell differentiation. In addition, iPS cells can be induced to differentiate into epithelial cells in different channels. Previous technologies have been successfully developed to induce ES cells to differentiate from each other, from the original strand to the foregut, and from the respiratory tract to the esophagus 3-D culture of ES cells derived from epithelium and mesenchymal tissue was successfully performed, and fetal cells were successfully cultured.

项目成果

プレスリリース マウス胎児の中に見つけた呼吸器再生のヒント

新闻稿 小鼠胎儿中发现呼吸系统再生的提示

シンシナティ小児科病院、オルガノイド医学研究センター(米国)

辛辛那提儿童医院类器官医学研究中心（美国）

気管細胞の起源の発見と、その分子的理解からヒト気管の再建への挑戦

气管细胞起源的发现以及基于其分子理解重建人类气管的挑战

• 发表时间: 2021
• 作者: Ichimura Hajime;Kadota Shin;Kashihara Toshihide;Yamada Mitsuhiko;Ito Kuniaki;Kobayashi Hideki;Tanaka Yuki;Shiba Naoko;Chuma Shinichiro;Tohyama Shugo;Seto Tatsuichiro;Okada Kenji;Kuwahara Koichiro;Shiba Yuji;森本充
• 通讯作者: 森本充

Trachea Development and Reconstruction

气管发育和重建

• 发表时间: 2021
• 作者: 森本充

幹細胞研究からオルガノイド開発、そして肺疾患解析へ、

从干细胞研究到类器官发育和肺部疾病分析。

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamamoto E;Kato T;Yaku H;Morimoto T;Inuzuka Y;Tamaki Y;Ozasa N;Komasa A;Nishikawa R;Kawase Y;Morinaga T;Kawato M;Seko Y;Toyofuku M;Furukawa Y;Nakagawa Y;Ando K;Kadota K;Shizuta S;Ono K;Sato Y;Kuwahara K;Kimura T;et al.;森本充
• 通讯作者: 森本充