膝滑膜由来間葉系幹細胞のIL1βによる増殖の分子機序の解析と再生医療への応用

IL1β诱导膝关节滑膜间充质干细胞增殖的分子机制分析及其在再生医学中的应用

• 批准号: 21K16678
• 负责人: 松村 恵津子
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K16678/
• 关键词: 間葉系幹細胞; 滑膜; 軟骨再生; IL1b; 増殖; Erk1/2; CD121a; IL-1 beta; 細胞増殖

間葉系幹細胞(MSC)を用いた関節軟骨の再生医療の実現には、移植に用いる自家MSCを安全に、且つ十分量供給できるプロトコールを確立することが必須である。しかしながら、患者由来の細胞は増殖性に個人差があるため、移植用細胞の数を常に十分量確保できるとは限らないのが現状である。これまでの先行研究では、患者膝滑膜より調製したMSCは、IL1b受容体(CD121a)陽性細胞分画は約5％程度と低いにもかかわらず、in vitroにおいてIL1bが強力な増殖因子として作用することを示した。更に、IL1bはMSCの多分化能に影響しないことを示した。これらの結果は、IL1bが関節腔内において炎症反応を惹起するカタボリックな側面に加えて、組織修復のプロセスを促進するアナボリックな側面も合わせて有する可能性を示している。IL1bによるMSC増殖促進効果は血清の存在下でのみ観察されたことから、血清中に存在する他の増殖因子の作用を増強する働きがあると考えられた。細胞増殖に関連する細胞内Erk1/2のリン酸化を検証したところ、血清刺激によりErk1/2のリン酸化は早期(5～10分)に一過的に観察されるが、IL1bはその時間を倍以上(5～30分)に延長させることが明らかとなった。この現象はMSC特異的であり、他の細胞株(HEK293FT等)においては、刺激後早期の一過的なリン酸化のみ観察された。MSCにおいて観察される遅延型Erk1/2リン酸化の分子機序を明らかとする目的で、免疫染色によるIL1受容体(CD121a)の局在解析を行ったところ、MSCではCD121aは細胞膜ではなく主に細胞質に局在することが明らかとなった。以上の結果から、IL1bが血清中に存在する増殖因子の強力な補助因子として機能する機序として、細胞質におけるレセプターとリガンドの相互作用による新規の遅延型情報伝達様式の存在か示唆された。

The use of mesenchymal stem cells (MSCs) in articular cartilage regenerative medicine is a must for the realization of safe and adequate supply of MSC for transplantation. The number of cells for transplantation is often limited to the current situation. In this study, the percentage of IL-1b receptor (CD-121a) positive cells in synovial membranes of patients was about 5%, indicating the role of IL-1b as a potent promoter. Furthermore, IL-1b can affect the differentiation of MSC. These results indicate the possibility that IL1b may cause inflammation in the joint cavity, enhance tissue repair, and promote joint healing. IL-1b promotes the proliferation of MSCs in the presence of serum. Cell proliferation is associated with intracellular Erk1/2 acidification, serum stimulation, Erk1/2 acidification, early (5 - 10 min), over-detection, IL1b inactivation, and more than double (5 - 30 min) duration. This phenomenon was observed in MSC-specific cells and other cell lines (HEK 293FT, etc.). In order to detect the molecular mechanism of delayed Erk1/2 protein acidification in MSC, immunostaining was used to analyze the molecular mechanism of IL1 receptor (CD 121a) in MSC. In MSC, CD 121a was detected in the cytoplasm of cell membrane. These results indicate that IL1b is a potent promoter and a functional mechanism for the presence of a proliferative factor in serum, and a novel mechanism for the presence of an extended type of information in cytoplasm.