Comprehensive elucidation of the energy metabolism of hematopoietic stem cells by measuring the concentration of ATP in living cells

通过测量活细胞内ATP浓度全面阐明造血干细胞能量代谢

• 批准号: 20J11659
• 负责人: 綿貫 慎太郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: National Center for Global Health and Medicine (2021)Keio University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11659/
• 关键词: 造血幹細胞; アデノシン三リン酸; 解糖系; 酸化的リン酸化; 代謝

申請者はATP濃度のFRETバイオセンサーである”GO-ATeam2”を用い、造血幹細胞(HSC)の代謝動態の解明に取り組んだ。採用1年目において明らかとした加齢HSCのミトコンドリア代謝の強靭な可塑性、ならびに週齢にかかわらないHSCに特異的な代謝制御システムの分子機構についての詳細な研究を行った。加齢HSCにおけるミトコンドリア代謝可塑性を規定する分子基盤として、定常状態においてATP産生に対する寄与が少ない電子伝達系複合体(ETC complex)が重要な役割を担うと仮定して研究を進め、ETC complex IIにより活性化される脂肪酸ベータ酸化(FAO)が加齢HSCにおいてより強力に活性化されうることを見出した。さらにその上流因子として、造血に必須なサイトカインであるTPO刺激によって維持され、かつETC complex IIの組み立てに必須であるSdhaf1タンパク量が加齢HSCにおいて増加し、その結果としてミトコンドリア代謝が強力に活発化されることを見出した。HSCにのみ特異的な代謝機構の観点からは、増殖ならびに分化においては解糖系がPfkfb3依存的に活性化することを明らかにした。さらに、Pfkfb3の活性化は転写産物量依存的ではなくprmt1によるPfkfb3の翻訳後修飾に依存していることを明らかにした。これらのHSCならびに加齢HSCにおける代謝システムの意義は、いずれもin vitroのシステムで各種阻害剤を用いて明らかとしたが、いずれの結論に対してもin vivoでの移植後再構築能評価を行い、その生体内での重要性も確認した。本研究結果は、多くの生体や細胞数を必要とした従来の研究過程を大幅に短縮しうる画期的な技術となり、さらにはその技術を用いてこれまで困難であったHSCの網羅的な代謝測定による新規知見を得ることが出来た。

Applicants は ATP concentration の FRET バ イ オ セ ン サ ー で あ る GO - ATeam2 "を" い, hematopoietic stem cells (HSC) の metabolic dynamic の interpret に group take り ん だ. Use 1 year に お い て Ming ら か と し た plus 齢 HSC の ミ ト コ ン ド リ ア strong metabolic の 靭 な plasticity, な ら び に weeks 齢 に か か わ ら な い HSC に specific metabolic suppression な シ ス テ ム の molecular institutions に つ い て の detailed study な を line っ た. Add 齢 HSC に お け る ミ ト コ ン ド リ ア metabolic plasticity を rules す る molecular base plate と し て, steady state に お い て ATP produced に す seaborne る send with less が な い electronic 伝 da is a complex (ETC) complex が cut を bear important な service う と 仮 set し を て research into め, ETC, complex II に よ り activeness さ れ る fatty acids ベ ー タ acidification (FAO) が 齢 HSC に お い て よ り powerful に activeness さ れ う る こ と を shows し た. さ ら に そ の high factor と し て, hematopoietic に must な サ イ ト カ イ ン で あ る TPO stimulus に よ っ て maintain さ れ, か つ ETC complex Group II の み made て に must で あ る Sdhaf1 タ ン パ ク in が add 齢 HSC に お い て raised し, そ の results と し て ミ ト コ ン ド リ ア metabolic が live strong に 発 change さ れ る こ と を shows し た. HSC に の み な metabolism of specific institutions の 観 point か ら は, raised colonization な ら び に differentiation に お い て は sugar solution is が Pfkfb3 dependent に activeness す る こ と を Ming ら か に し た. さ ら に, Pfkfb3 の activeness は planning write product quantity dependent で は な く prmt1 に よ る Pfkfb3 の modification after turn 訳 に dependent し て い る こ と を Ming ら か に し た. こ れ ら の HSC な ら び に plus 齢 HSC に お け る metabolic シ ス テ ム の significance は, い ず れ も in vitro の シ ス テ ム で various resistance against tonic を い て Ming ら か と し た が, い ず れ の conclusion に し seaborne て も in vivo で の again after transplantation can build review 価 を い, そ の born in vivo で の importance も confirm し た. This study は, multiple く の や cell Numbers in the raw を necessary と し た 従 research process の を に sharply shortening し う る painting period な technology と な り, さ ら に は そ を の technology with い て こ れ ま で difficult で あ っ た HSC の snare of な metabolic に よ る new rules knowledge を have る こ と が た.

项目成果

実験医学 2020年6月号 酸素環境と造血幹細胞システム

实验医学2020年6月号 氧环境与造血干细胞系统

• 发表时间: 2020
• 作者: Kunimitsu M;Nakagami G;Minematsu T;Sanada H;綿貫慎太郎・田久保圭誉
• 通讯作者: 綿貫慎太郎・田久保圭誉

Integrative analysis reveals significance of metabolic programs of aged hematopoietic stem cells

综合分析揭示衰老造血干细胞代谢程序的重要性

• 发表时间: 2020
• 作者: Shintaro Watanuki;Hiroshi Kobayashi;Yuki Sugiura;Yuriko Sorimachi;Masamichi Yamamoto;Makoto Suematsu;Shinichiro Okamoto;Keiyo Takubo
• 通讯作者: Keiyo Takubo

Real-Time ATP Analysis Reveals Thymidine Requirement of Quiescent Hematopoietic Stem Cells

实时 ATP 分析揭示静态造血干细胞的胸苷需求

• 发表时间: 2021
• 作者: Shintaro Watanuki;Hiroshi Kobayashi;Masamichi Yamamoto;Keiyo Takubo
• 通讯作者: Keiyo Takubo

AGE-RELATED MITOCHONDRIAL METABOLIC FITNESS ENDORSES CELLULAR COMPETENCE TO OLD HEMATOPOIETIC STEM CELLS

与年龄相关的线粒体代谢健康支持老年造血干细胞的细胞能力

• 发表时间: 2021
• 作者: Shintaro Watanuki;Hiroshi Kobayashi;Keiyo Takubo
• 通讯作者: Keiyo Takubo

Elucidation of the metabolic system of hematopoietic stem cells and its age-related changes revealed by real-time ATP quantification in living cells

阐明造血干细胞的代谢系统及其通过活细胞中实时 ATP 定量揭示的与年龄相关的变化

• 发表时间: 2022
• 期刊: 臨床血液
• 作者: 福井大和;廣田泰;平岡毅大;賀来哲明;平田知之;赤枝俊;松尾光徳;大須賀穣;綿貫 慎太郎
• 通讯作者: 綿貫 慎太郎