| Project/Area Number |
23K20330
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| Project/Area Number (Other) |
20H03827 (2020-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56040:Obstetrics and gynecology-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山田 満稔 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40383864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金蔵 孝介 東京医科大学, 医学部, 主任教授 (10508568)
阿久津 英憲 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 生殖医療研究部, 部長 (50347225)
中村 彰宏 埼玉医科大学, 医学部, 助教 (50750973)
菅原 亨 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 准教授 (70553460)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 多能性幹細胞 / ゲノム安定性 / ZGA / テロメア / iPS細胞 / 胚性ゲノム活性化 / 核置換 / 初期化 / ミトコンドリア / ES細胞 / 代謝 / mtDNA / ATP産生 / メタボローム |
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| Outline of Research at the Start |
加齢個体由来の多能性幹細胞は、若齢由来と比較して、増殖能、多分化マーカーやDnmt3aなどのDNAメチル化酵素の発現が低下することが知られる。そこで我々は胚盤胞から胚性幹細胞（ES細胞を）樹立して胚の老化機構を高解像度に捉えるとともに、isogenicな24ヶ月齢までの個体から人工多能性幹細胞（iPS細胞）を樹立し、初期化機構の違いによる幹細胞への影響を検討する。本研究により得られる知見は、より質の高いiPS細胞の初期化方法の開発と、さらに加齢の機序の深い理解につながる可能性があり、再生医療および生殖医療にとって望ましいものと考える。
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| Outline of Annual Research Achievements |
加齢による幹細胞機能の低下に関わる分子経路を解明することを目的とし、若齢（6～8週）、中年（6カ月）、高齢（12～14カ月）、超高齢（24ヶ月）およびあらたに30カ月齢のマウスから、皮膚組織由来のiPSC株を樹立した。幹細胞特性の検証のために行った未分化能および多分化能性試験において、すべての多能性幹細胞株は免疫組織染色および定量的リアルタイムPCR（qPCR）法により未分化能性および多分化能性が一様に証明された。
グローバルな遺伝子発現の違いを解析するために行ったRNAシークエンス（RNA-seq）解析の結果、若齢マウス由来ESCと比較して加齢マウス由来のiPSCでは防御やサイトカイン反応に関わる遺伝子の発現量が増加した。p-valueを考慮せず、Fold change>2.0, <-2.0のみで抽出した遺伝子を対象に再度GO term解析を行った結果、減数分裂におけるDNA修復合成、piRNA合成経路、配偶子DNAメチル化などの発現が上昇していた。さらに幹細胞における代謝経路に関わる遺伝子群を対象にpathyway解析を行ったところ、核酸合成経路および脂質代謝に関わる遺伝子群の発現上昇およびエネルギー代謝経路の低下が観察された。
これらを踏まえて、グローバルな代謝状態を解析するためメタボローム解析を行ったところ、これまでのpreliminaryな結果からは、加齢や幹細胞の違いよりも、培養によるbiasが大きいということが問題点として指摘された。今後は培養から回収に至る条件を厳密に定めた上で、あらたに樹立した30カ月齢のiPS細胞を対象に追加解析を行う。
ここまでの研究では、多能性幹細胞における転写と代謝の加齢依存性を明らかにした。今回のデータは、より質の高いiPSCの開発につながる可能性があり、再生医療にとって望ましいものと考える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
30カ月齢の個体から加齢モデルとしての細胞ソースが樹立されたことに加えて、当初予定していたmetabolome解析およびRNA-seq解析からpathway解析を加えることができたため、研究計画はおおむね順調に進展していると考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
RNA-seq解析の結果、発現量の異なる遺伝子群を抽出した。これまでのところ、加齢によるゲノム安定性や代謝に関する明確な違いが捉えられていないものの、代償性に遺伝子群が働いている可能性が考えられる。そこで次年度は、これら遺伝子に対する機能抑制実験としてshRNAを導入し、ゲノム安定性および代謝に関する影響を検討する。さらにここで有意な変化が観察された場合には、成育医療センターより供与されたヒトiPS細胞株を用いて同様の解析を行い、加齢によるiPS細胞への影響と救済方法を模索する。
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