2021 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, チームリーダー (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活性化することにより、幹細胞を新たに補給する仕組みが備わっている。これまでの研究から、DNA損傷を受けた幹細胞では、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、ゲノムの不安定化要因について様々なシロイヌナズナ変異体を用いて解析したところ、ヘテロクロマチン形成に関わるヒストン修飾が密接に関連していることを見出した。このヒストン修飾を触媒する酵素タンパク質の蓄積は細胞周期依存的であり、オーキシンを高蓄積させる作用をもつこと、またタンパク質分解に関わるF-boxタンパク質が蓄積様式の制御に重要な役割をもつことが明らかになった。以上の結果から、オーキシンは細胞周期依存的なヒストン修飾を制御することでヘテロクロマチン形成を促進し、ゲノム恒常性の維持に寄与していることが示唆された。一方、幹細胞再生に関しては、ニッチ細胞におけるホルモン受容体と転写因子間のフィードバック制御が重要な役割をもつことを見出した。根ではこの仕組みがQC細胞の分裂を活性化することで、DNA損傷ストレス下で根の持続的な成長を保証していることが示唆された。
これまでの研究から、ES細胞ではDNA複製フォーク速度が低下し、複製開始点が密に分布していることが示唆されている。そこで、dNTP量・DNA複製制御・幹細胞性の間の関係性を解析したところ、DNA合成速度制御と複製開始制御にはクロストークがあり、そのバランスは細胞種（線維芽細胞とES細胞）によって異なることが明らかになった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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