Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究は、多能性幹細胞の「未分化状態と分化状態の遷移」および「その遷移制御機構」を、ES細胞の変異体を用いて情報物理学的に理解することを目的とする。方法としては、分化刺激を与えれば100%の細胞が分化する野生型ES細胞と、分化刺激を与えても未分化状態の細胞が出現し続ける変異型ES細胞の振る舞いを、ライブセルイメージング、１細胞RNA-seq解析、Micro-Cによる核内ゲノム三次元構造解析という３種類の手法によって定量・比較し、数理モデルを構築することで、正常のES細胞がどのように未分化状態から分化状態へと遷移していくのかを理解する。
本研究では、マウス多能性幹細胞がどのようにして未分化状態から分化状態へと遷移していくのかを、情報物理学的に解析することを目的としている。この目的を達成するために、「分化刺激を与えれば100%の細胞が分化する野生型ES細胞」と「分化刺激を与えても未分化状態の細胞が出現し続ける変異型ES細胞」を、(1) 1細胞RNA-seq (2) ライブセルイメージング (3) Micro-C法によるゲノム三次元構造解析の３種類の方法を用いて比較する（詳細は後述）ことで、正常な多能性幹細胞の分化制御機構を理解することを目指した。(1)野生型ES細胞と変異型ES細胞の分化誘導前と分化誘導後の1細胞RNA-seqを行い、trajectory解析を行うことで、野生型ES細胞と変異型ES細胞の運命を分ける鍵となる転写因子として、Gata4とTを同定した。(2) (1)で同定した転写因子に蛍光タンパクをノックインし、分化誘導前後の発現量の推移をライブセルイメージングによって定量・比較し、数理モデルを構築することを試みた。しかし予想以上にES細胞の長期ライブセルイメージングに苦慮し、現在もライブセルイメージング用のデバイスを検討する等の実験を進行中である。(3) (1)の遺伝子発現の背後に存在しているクロマチン構造を調べるために、野生型ES細胞と変異型ES細胞の分化誘導前と分化誘導後のMicro-C解析を行い、野生型および変異型それぞれに特異的なクロマチン構造を抽出することを試みた。その結果、変異型ES細胞では分化誘導の前でも後でもTADと呼ばれるループ構造が野生型ES細胞に比べて巨大化しており、そのためにTADの総数が減少していることが判明した。このことにより、ゲノム全体の揺らぎに大きな変化が生じている可能性があると考え、今後ヌクレオソームの１分子イメージング等を行い、検証していきたいと考えている。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
