研究の内容と成果

急性骨髄性白血病マウスモデルを用いた解析から、白血病幹細胞の重要なサブセットである L-GMP*11は、骨内膜領域では G0 期 (静止期) に留まる割合が高いことが確認されました。骨内膜 L-GMP では細胞周期阻害因子である p21 および p57 の発現増加が確認されました。免疫蛍光イメージングにより、静止期の白血病細胞が骨内膜領域、特に Alcam+ BLC が豊富な領域に集中しており、それらの多くが直接接着していることが確認されました。逆に、 Alcam+ BLC が少ない領域では、増殖期の白血病細胞が多く見られました。これらの結果は、骨内膜ニッチにおける Alcam+ BLC が、白血病幹細胞の静止状態維持に重要な役割を果たしていることを強く示唆しています。

白血病の進行に伴うニッチ構成要素の動態を解析した結果、血管性ニッチを代表する CD51+ CD140a+ 間葉系幹細胞の数が白血病進行に伴い有意に増加しました。対照的に、骨内膜領域の Alcam+ BLC の数は白血病進行に伴い減少しました。この Alcam+ BLC の減少は、骨内膜における Ki67−白血病細胞 (静止期細胞) の割合の減少と一致しており、Alcam+ BLC の減少による骨内膜ニッチによるサポートの喪失が白血病幹細胞の活性化につながる可能性を示唆しています。一方、白血病進行期の血管性ニッチにおける CD51+ CD140a+ 間葉系幹細胞の増加は、CD51+ CD140a+ 間葉系幹細胞が分泌するサイトカインや細胞増殖因子などの液性因子により白血病細胞の増殖を支持していると考えられました。

Transwell インサートを用いた Alcam+ BLC と L-GMP の共培養実験から、ニッチ細胞表面への接着が白血病幹細胞の維持に重要であることが明らかとなりました。Alcam+ BLC は、HSC や急性リンパ性白血病 (ALL) 細胞を骨内膜領域に接着させることで静止状態を維持する骨形成因子であるオステオポンチン (OPN) を豊富に分泌しています。白血病モデルマウスでは、Alcam+ BLC は CD51+ CD140a+ 間葉系幹細胞と比較してオステオポンチン mRNA の発現が高く、白血病進行に伴い Alcam+ BLC におけるオステオポンチン mRNA 発現が増加することが明らかとなりました。免疫蛍光イメージングにより、Alcam+ BLC 表面に高いオステオポンチン発現が確認され、Ki67− 白血病細胞がこれらのオステオポンチンに富む細胞の周囲に集積していることが確認されました。

さらに、本研究グループは Transforming Growth Factor-β1 (TGF-β1) が Alcam+ BLC におけるオステオポンチン発現の制御因子として関与していることを明らかにしました。骨内膜周囲の L-GMP は、骨髄中央部の L-GMP と比較して高いレベルの TGF-β1 mRNA を発現していました。また、白血病が進行するにつれて、Alcam+ BLC におけるTGF-β 受容体2 (Tgfbr2) mRNA の発現と、TGF-β 経路の主要なシグナル伝達因子であるリン酸化 Smad2/3 の割合が有意に上昇していました。Alcam+ BLC は TGF-β1 の刺激によりオステオポンチンおよび Tgfbr2 mRNA の発現を誘導することを確認しました。これらのデータは、白血病幹細胞から分泌された TGF-β1 が Alcam+ BLC のオステオポンチン産生を促進するというメカニズムが存在していることを示唆しています。分泌されたオステオポンチンは白血病幹細胞を骨内膜領域に留め、静止状態に維持しています。

本研究では、白血病幹細胞の維持と白血病の進行における骨内膜ニッチと血管性ニッチの果たす役割の違いを明らかにしました。特に、白血病幹細胞の静止状態は Alcam+ BLC との密接な接触によって維持されており、Alcam+ BLCの存在が白血病再発の原因の一つであると考えられました。また、白血病の進行に伴い、血管性ニッチではCD51+ CD140a+ 間葉系幹細胞が増加し、白血病幹細胞の活性化と増殖を支持しています。本研究ではさらに、骨内膜における白血病幹細胞と Alcam+ BLC 間のクロストークを仲介する TGF-β1/Tgfbr2/OPN シグナル経路を明らかにしました。