Understanding molecular mechanism in human pluripotent stem cell self-renewal and development of synthetic culture system

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03022
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長谷川 光一 京都大学, 高等研究院, 特定拠点講師 (50378890)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 多能性幹細胞 / 自己複製 / 化学合成培地

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は(一部平成29年度に繰越後に終了)、ヒト ES/iPS 細胞の自己複製に関与するシグナル経路を制御可能と考えられる化合物の収集とスクリーニングを行った。
平成27年度に実施した網羅的遺伝子発現の比較解析とパスウェイ解析、ネットワーク解析、代謝解析からヒトES/iPS細胞の自己複製のハブと考えられるシグナル経路群ならびに代謝経路を制御可能な阻害剤等の化合物、特定のアミノ酸や脂質等を収集した。これら計50種以上の候補物質を、様々な濃度で未分化性を維持したまま増殖可能であるか、複数のES細胞株とiPS細胞株を用いて検討した。その結果、少なくとも5種の化合物、数種のアミノ酸、2種の脂肪酸で強い増殖促進効果を見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度では、平成27年度に生じた実験補助員および連携研究員の離脱の影響が残り、若干の遅延をもってスタートした。平成28年度の予定していた研究は全て遂行できたものの、、この遅延をほぼ無くすことが出来た。しかし予想外に、化合物の効果が細胞株間で違うことが分かり、結論を出すことに時間がかかったため、一部平成29年度に持ち越すこととなった。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度にはRNAseqによる網羅的遺伝子発現解析とパスウェイ解析、ネットワーク解析および代謝解析を行い、平成28年度には化合物の収集とスクリーニングをおこなった。これらによって、ヒトES/iPS細胞の自己複製に関与するシグナル経路と、これを制御可能な化合物の同定を実施した。平成29年度は、これらの得られた知見を基に、以下の研究を行う。
1. 新規培地の開発
平成28年度に得られたヒット化合物とこれまで得ていた化合物の組合せとその濃度調整によって、より汎用性が高く増殖の良い培地の開発を行う。組合せスクリーニングにはアルカリ性ホスファターゼの発現と細胞増殖を指標に１次スクリーニングを行い、未分化・分化マーカー分子発現を指標に２次スクリーニングを行う。これらで良い培地については、更に複数細胞株で長期維持や分化能、核型の検定を行い、新規培地を開発する。
２. 新規合成培養システムのプロトタイプ開発とテスト
１で開発した培地と、開発済みのナノファイバーやポリマーによる培養法を組合せ、新規培養システムのプロトタイプを開発し、DNA非挿入のエピゾーマルベクターを用いた血球と線維芽細胞からのiPS細胞作製の効率や、長期培養での増殖性、未分化性（未分化マーカーの発現解析）、分化能(EB形成やテラトーマ形成)、核型解析等の安定性のテストを行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Southern California/Salk Institute for Biological Studies(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Southern California/Salk Institute for Biological Studies
• [Int'l Joint Research] inStem/National Centre for Biological Sciences(インド)
  • Country Name: INDIA
  • Counterpart Institution: inStem/National Centre for Biological Sciences
• [Int'l Joint Research] The University of Melbourne(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: The University of Melbourne
• [Journal Article] Nano-on-micro fibrous extracellular matrices for scalable expansion of human ES/iPS cells (2017)
  • Author(s): Li Liu, Ken-ichiro Kamei, Momoko Yoshioka, Minako Nakajima, Junjun Li, Nanae Fujimoto, Shiho Terada, Yumie Tokunaga, Yoshie Koyama, Hideki Sato, Kouichi Hasegawa, Norio Nakatsuji, Yong Chen
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 124 Pages: 47-54
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2017.01.039.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Specific Direct Small Molecule p300/β-Catenin Antagonists Maintain Stem Cell Potency (2016)
  • Author(s): Yusuke Higuchi, Cu Nguyen, Shin-ya Yasuda, Michael McMillan, Kouichi Hasegawa and Michael Kahn
  • Journal Title: Current Molecular Pharmacology Volume: 9 Pages: 272-279
  • DOI: 10.2174/1874467208666150526155146
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 応用利用へ向けた低分子化合物によるヒトiPS細胞の培養 (2016)
  • Author(s): 池田達彦、長谷川光一
  • Journal Title: The Chemical Times Volume: 241 Pages: 7-11
  • Open Access
• [Presentation] New State of Pluripotency of Human Pluripotent Stem Cell (2016)
  • Author(s): Kouichi Hasegawa
  • Organizer: International Conference on Science and Technology: Future Challenges and solutions (STFCS-2016)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Human iPS/ES cell self-renewal under growth factor- and ECM-free condition (2016)
  • Author(s): Kouichi Hasegawa, Noriko Yoshida, Nami Asari, Tatsuhiko Ikeda, Hosein Shahsavarani, Shin-ya Yasuda, and Neha Vartak-Sharma
  • Organizer: The International Society for Stem Cell Research (ISSCR) 14th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research