A novel mechanism for mechanosensation in muscle stem cells

肌肉干细胞机械感觉的新机制

基本信息

批准号：
20J22984
负责人：
平野航太郎
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
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 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

骨格筋に内在する幹細胞である筋衛星細胞は、骨格筋の再生に必須である。筋衛星細胞は周囲の変化を感知し活性化することで筋線維の修復・再生を行うことが想定されてきたが、その分子実態の全容は未だ明らかになっていない。特に、筋衛星細胞への物理的刺激の感知（細胞力覚）が重要な役割を果たすが、筋衛星細胞の細胞力覚機構の詳細は明らかになっていない。これまでに、筋衛星細胞にも発現する、細胞膜に膜張力が加わることによって活性化する機械受容イオンチャネルPIEZO1やTRPM7に着目し研究を行ってきた。前年度の研究においては、研究内容（細胞膜張力により活性化される機械受容イオンチャネルPIEZO1が骨格筋の再生能に重要な役割を果たすこと）をもとに、当該年度はその分子機構解明を目指した。その結果PIEZO1は骨格筋幹細胞の活性化、細胞遊走、および細胞増殖時に、低分子量Gタンパク質RhoA活性化を惹起し、適切な筋再生をもたらすことを明らかにした。さらに、筋衛星細胞における微小環境変化に着目し、単離幹細胞を硬さの異なる培養ディッシュ上で増殖させたところ、野生型では基質の硬さに応じた増殖能亢進が見られたのに対し、Piezo1欠損筋衛星細胞ではその変化が見られなかったことから、PIEZO1は筋衛星細胞が周辺組織の硬さを感知するために必要であることが見出した。上記研究と並行して、PIEZO以外の機械受容機構の役割解明のため、機械受容イオンチャネルTRPM7の解析を行った。また、当該年度ではTRPM7による筋幹細胞活性化の制御機構としてmTOR経路に着目した。単離筋線維上の筋衛星細胞でS6や4E-BPの活性化体を免疫染色法にて検出したところ、Trpm7欠損筋衛星細胞ではそれらの活性化が低下することを見出した。以上、TRPM7を介した細胞周期調節を介した、筋幹細胞活性化促進に関わる分子機構解明に成功した。

肌卫星细胞，骨骼肌内部的干细胞，对于骨骼肌的再生至关重要。据预测，肌肉卫星细胞将通过检测和激活周围区域的变化来修复和再生肌肉纤维，但尚未揭示这些细胞的完整分子状态。特别是，对肌卫生间细胞的物理刺激（细胞力意义）的检测起着重要作用，但尚未揭示肌卫生间细胞的细胞力感机制的细节。到目前为止，我们一直在进行研究重点是机械感受器离子通道Piezo1和TRPM7，它们也在肌卫生间细胞中表达，这些细胞通过将膜张力应用于细胞膜而激活。在上一年的研究中，我们旨在阐明今年在细胞膜张力激活的机械感受器离子通道的分子机制。结果表明，在骨骼肌干细胞，细胞迁移和细胞增殖过程中，压电触发了低分子量G蛋白RhoA的激活，从而导致适当的肌肉再生。此外，重点关注肌卫星细胞的微环境变化，当孤立的干细胞在具有不同刚度不同的培养皿上生长时，野生型表现出增加的增殖，这是根据底物的刚度增殖的，而piezo1缺陷的肌肉细胞则没有显示出这种变化，因此发现了piezo1的固定型细胞，以使肌酸构成刚性的僵硬。与上述研究同时，对机械感受器离子通道TRPM7进行了分析，以阐明除压电以外的机械感受器机制的作用。在这个财政年度，我们还专注于MTOR途径，作为通过TRPM7控制肌肉干细胞激活的机制。当使用免疫染色方法在分离的肌肉纤维上在肌肉卫星细胞中检测到S6和4E-BP的活化体时，发现它们在TRPM7缺陷型肌肉卫星细胞中被降低。通过TRPM7通过细胞周期调节促进肌肉干细胞激活的分子机制已成功阐明了这一点。