エピジェネティクスが制御する発生段階依存的神経幹細胞系譜決定機構の解明

• Project/Area Number: 17680028
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 中島 欽一 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80302892)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥29,510,000 (Direct Cost: ¥22,700,000、Indirect Cost: ¥6,810,000); Fiscal Year 2006: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2005: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
• Keywords: 神経幹細胞 / エピジェネティクス / 分化 / メチル化DNA結合タンパク質 / 可塑性 / ES細胞

Research Abstract

神経幹細胞からニューロンやアストロサイトなどへの分化は発生段階依存的に起こる。研究代表者は胎生中期神経幹細胞がアストロサイトへと分化しないのはアストロサイト特異的遺伝子(例えばGFAP)プロモーター中の転写因子STAT3結合配列がメチル化されているためであり、発生進行に伴いこれが脱メチル化を受けアストロサイト分化能を獲得することをこれまでに示している。ところが発生が進行し既に細胞内在性プログラムのスイッチが入ってしまった初代培養神経幹細胞のみを用いてはエピジェネティクスが関与する幹細胞分化を根本から理解することは困難である。そこで昨年度はこのプログラムを初期状態から経時的に追跡可能にするため、プログラムのスイッチが入っていないと考えられる全能性胚性幹細胞(ES細胞)を用いたモデル培養系を確立した。この系を用い、レチノイン酸の添加により通常はニューロンへの分化しか見られない短期間の浮游培養であってもアストロサイト誘導性サイトカインLIFに応答したアストロサイトへの分化能を獲得できることを見いだした。さらにこの際GFAP遺伝子プロモーターの脱メチル化も促進されることを確認した。また、もう一つの目的であった「ニューロン分化状態維持機構」に関しては、メチル化DNAに結合し転写抑制因子として機i能するタンパク質群(MBDs)が神経系ではニューロンでのみ発現し、重複した機能をもってアストロサイトへの分化転換を制限することを明らかにした。さらに研究代表者らは、MBDの1つであるMeCP2を発現させた神経幹細胞を、LIFなどの炎症性サイトカインを高発現するマウス損傷脊髄に移植した場合、アストロサイトへの分化が抑制されるだけでなくニューロンへの分化が促進されることを見いだした。以上の結果は、損失したニューロンを神経幹細胞移植によって補填できる可能性を示唆しており、興味深い。

Research Products

• [Journal Article] Neuropoietin induces neuroepithelial cells to differentiate into astrocytes via activation of STAT3 (2006)
  • Author(s): Ohno, M. et al.
  • Journal Title: Cytokine 36 Pages: 17-22
• [Journal Article] Conversion of mammalian Muller glial cells into a neuronal lineage by in vitro aggregate-culture (2006)
  • Author(s): Kubota, A. et al.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 351 Pages: 514-520
• [Journal Article] Methyl-CpG binding proteins are involved in restricting differentiation plasticity in neurons (2006)
  • Author(s): Setoguchi, H. et al.
  • Journal Title: J. Neurosci. Res. 84 Pages: 969-979
• [Journal Article] Nanog binds to Smad1 and blocks bone morphogenetic protein-induced differentiation of embryonic stem cells (2006)
  • Author(s): Suzuki, A. et al.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 Pages: 10294-10299
• [Journal Article] Identification of astrocyte-expressed factors that modulate neural stem/progenitor cell differentiation (2006)
  • Author(s): Barkho, B.Z. et al.
  • Journal Title: Stem Cells Dev. 15 Pages: 407-421
• [Journal Article] Mechanisms of neural stem cell fate determination : Extracellular cues and intracellular programs (2006)
  • Author(s): Abematsu, M. et al.
  • Journal Title: Curr. Stem Cell Res. ＆ Ther. 1 Pages: 267-277
• [Journal Article] Mechanisms of neural stem cell fate determination : extracellular cues and intracellular programs (2006)
  • Author(s): M.Abematsu
  • Journal Title: Curr.Stem Cell Res.Ther. 1 Pages: 267-277
• [Journal Article] Development of functional human embryonic stem cell-derived neurons in mouse brain (2005)
  • Author(s): A.R.Muotri
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102 Pages: 18644-18648
• [Journal Article] Fate redirection of hippocampal astrocytes toward neuronal lineage by aggregate culture (2005)
  • Author(s): M.Yanagisawa
  • Journal Title: Neurosci.Res. 53 Pages: 176-182
• [Journal Article] Stage-and site-specific DNA demethylation during neural cell development from embryonic stem cells (2005)
  • Author(s): K.Shimozaki
  • Journal Title: J.Neurochem. 93 Pages: 432-439