2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of maintenance and regeneration of pluripotent stem cells
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06477
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
梅田 正明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80221810)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪内 知美 基礎生物学研究所, 幹細胞生物学研究室, 准教授 (70754505)
蓑田 亜希子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, ユニットリーダー (40721569)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 多能性幹細胞 / DNA損傷 / ゲノム恒常性 / クロマチン / ES細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
体細胞にDNA変異が蓄積するのを防ぐため、動物では重篤なDNA損傷を受けた細胞は細胞死を起こす。一方、植物の場合はDNA損傷に応答して幹細胞でのみ細胞死が起き、同時に幹細胞ニッチの細胞が分裂を開始することにより、幹細胞を新たに補給する仕組みが備わっている。そこで、本研究では植物における幹細胞の細胞死と再生の機構、および動植物における幹細胞ゲノムの恒常性維持機構を明らかにし、植物幹細胞の維持に働く制御基盤を理解する。
これまでの研究から、DNA損傷に応答して植物幹細胞が細胞死を起こす際に、オーキシンシグナルの低下がゲノムを不安定化させ、細胞死を誘導することが示唆されている。また、オーキシンはクロマチンを凝縮させる作用をもつことも明らかになりつつある。そこで、オーキシンがどのようにクロマチン構造を制御しているのかを明らかにするために、オーキシンに応答するエピジェネティック制御因子のレポーター系統を網羅的に作出した。一方、根端の幹細胞に接するQC細胞は分裂して、幹細胞を再生するが、これにはブラシノステロイドが関与していることが示唆されている。そこで、ブラシノステロイド関連遺伝子がDNA損傷応答経路の下流で直接制御されているかどうか調べたところ、受容体の一つが直接誘導され、QC細胞の分裂を活性化していることが明らかになった。
哺乳類胚性幹細胞（ES細胞）はDNA損傷に対して高感受性を示す。これまでの研究から、これはDNA複製フォーク速度の低下と相関性があるが、複製フォークの遅延はヌクレオシド投与により回復することから、dNTP量の不足によることが考えられた。そこで、dNTP量を遺伝学的に操作するために、ヌクレオチド産生の要となっている因子の活性を制御できるセルラインを構築した。
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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
エピジェネティック制御因子のレポーター系統が揃ったので、発現解析のステップに移行することができる。また、ブラシノステロイド受容体がQC細胞の分裂に関与していることが明らかとなり、今後の研究のターゲットを絞ることができた。ES細胞を用いた研究も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
エピジェネティック制御因子の発現解析を行い、根端で発現する因子を見出すとともに、オーキシンに対する応答性を解析する。また、ブラシノステロイド受容体の下流でQC細胞の分裂を制御する因子を明らかにし、QC細胞が幹細胞とは異なる挙動を示す主要因を見出す。さらに、ES細胞においてdNTP産生量が低く保たれていることが多能性維持とどのように関係しているのかを精査する。
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