2019 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) |
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)
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)
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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。そこで、シロイヌナズナの根において、DNA損傷に応答してオーキシンシグナルを低下させる要因を探索した結果、サイトカイニン合成遺伝子の発現誘導が根の移行領域でのサイトカイニンシグナルを活性化させ、オーキシンの頂端側への移行を阻害していることを見出した。一方、根端の幹細胞の再生に関しては、ブラシノステロイド受容体の下流で働く転写因子がQC細胞の分裂を活性化し、さらにブラシノステロイド受容体遺伝子の発現誘導にも関与していることが明らかになったので、プロモーター上での結合部位について解析を行っている。
ES細胞において、S期を通じてDNA複製装置の進行速度が遅いこと、またそれは細胞内のdNTP量が低いためであることを見出した。そこで、人為的にdNTP量を増加させたところ、複製未完了領域が増えていること、また複製開始点間の距離が広がることがわかった。これらの結果から、ES細胞では複製開始点の数を増やすことによって複製完了精度を高めている可能性が示唆された。
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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
DNA損傷に応答してオーキシンシグナルを抑制するメカニズムとして、根の移行領域におけるサイトカイニンシグナルの活性化が細胞非自律的に幹細胞のオーキシンシグナルを低下させることを見出したので、幹細胞のゲノム恒常性維持機構として全く新規な概念を提示することができた。また、動物細胞において、DNA複製開始点の数の制御が多能性と関連することを見出したのは大きな成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ブラシノステロイド受容体遺伝子のプロモーターに、下流転写因子が結合する部位の変異を導入し、形質転換植物を使ってDNA損傷に応答したQC細胞分裂の表現型を観察する。これにより、この正のフィードバックがDNA損傷に応答した幹細胞再生にどのように関わっているか検証する。また、QC細胞分裂と幹細胞死の相互作用についても解析を進める。さらに、ES細胞においてdNTP量を検出できるセンサーを開発し、dNTP量を低く保つメカニズムや、DNA複製制御との関連性について解析する。
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[Presentation] The developmental role of cytokinins in Marchantia polymorpha2019
Author(s)
Shiori S. Aki, Tatsuya Mikami, Satoshi Naramoto, Ryuichi Nishihama, Kimitsune Ishizaki, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka, Takayuki Kohchi, Masaaki Umeda
Organizer
Marchantia Workshop 2019
Int'l Joint Research
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