骨髄幹細胞から心筋細胞への分化過程における分子機構の解明

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骨髄幹細胞はin vitro及びin vivoで心筋細胞へ分化すると報告されている。最近、我々はex vivoでTGF-β添加培養により骨髄幹細胞からmyosin陽性心筋様細胞へ分化誘導することに成功した。本研究では骨髄幹細胞から心筋細胞へ分化する過程の分子機構の解明と分化した心筋細胞の機能の解析を目的とした。C57/BL6マウス大腿骨から骨髄細胞を採集し、比重遠心法を用いて単核球細胞を分離した。また、c-kit陽性幹細胞はMagnetic cell sorterにより骨髄単核球細胞から分離採集した。分離した骨髄幹細胞(純度90%以上)は15%FBS添加RPMI1640培地にてfibronectin-coated culture dishで培養した。TGF-β_1(5 ng/ml)を添加培養した骨髄幹細胞は培養後1〜3日目からGATA-4,Nkx2.5のmRNA発現が著明に上昇し始め、14日目までには心筋細胞に特異的な構造蛋白Troponin-1,Troponin-T, connexinの発現もRT-PCR法で確認できた。また、培養後28日目に、TGF-β_1を添加培養した骨髄幹細胞はより効率的にmyosin, Troponin-I, connexin陽性細胞に分化誘導できたことが免疫染色で認められた。TGF-β_1を添加培養した骨髄幹細胞は電気刺激下で一部の細胞に弱いCa^<2+> Transientが培養2〜4週間に認められたが、自律的な収縮はなかった。さらに、Oligo GEArray^<(R)> Mouse TGFβ-BMP Signaling Pathway Microarrayを用いた解析ではTGF-β_1を添加培養した骨髄幹細胞にSmad-2,Smad-3,c-fos, TSC-22などの発現が明らかに上昇した。TGF-βはSmad-2,Smad-3,c-fos, TSC-22などの転写を活性化し、骨髄幹細胞から心筋様細胞への分化を誘導した。しかし、骨髄幹細胞から完全に成熟した機能的な心筋細胞への分化には至らなかった。