2016 Fiscal Year Research-status Report
ヒト多能性幹細胞の分化誘導系を用いた小脳の形態形成機構の解析
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15K07089
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
六車 恵子 国立研究開発法人理化学研究所, 多細胞システム形成研究センター, 専門職研究員 (30209978)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 小脳 / ヒト多能性幹細胞 / プルキンエ細胞 / 神経分化 / 三次元培養 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多能性幹細胞を培養して様々な細胞に分化する実験系は、発生生物学の研究において強力なツールとなりつつある。研究代表者はこれまでに、マウス胚性幹細胞（ES細胞）から小脳皮質唯一の出力細胞であるプルキンエ細胞への効率的な分化誘導に成功している（Muguruma et al., Nat Neurosci. 2010; Su and Muguruma et al., Dev Biol. 2006）。さらに平成24年度からの基盤C科研費による研究成果として、ヒトES細胞から小脳を構成する複数種の細胞への分化誘導にも成功してきた（Muguruma et al., Cell Rep. 2015）。本課題では、３次元培養法を駆使して、ヒトES細胞、およびヒトiPS細胞から立体的な小脳組織を形成することにより、小脳の器官形成メカニズムを明らかにすることを目的とする。これまでに確立した手法をヒトiPS細胞にも展開することにより、発生過程の異常に起因する小脳形成不全や、脊髄小脳変性症などの神経変性疾患の病態解明にも寄与することを目指す。初年度平成２７年度において、ヒトES細胞から小脳神経細胞への分化誘導効率の最適化と、ヒトiPS細胞への適用を行い、研究成果として国際誌に学術論文を発表することができた。
平成２８年度は、ヒトiPS細胞への適用をさらに進め、小脳神経細胞が選択的に変性・脱落する疾患由来のiPS細胞から小脳組織への立体培養を行った。その結果、立体小脳における神経上皮細胞の形成、特異的マーカーの発現、表面抗体による細胞の分離効率など、小脳神経前駆細胞においては、その表現型に対象との差は認められなかった。一方、より分化の進んだプルキンエ細胞では病態関連分子の特徴的な細胞内発現様式が認められた。また、病態由来プルキンエ細胞が培養環境の変化に対して脆弱であることがわかり、これが細胞の成熟過程の検証に活用できる可能性を示すことができた。
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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
マウスおよびヒトES細胞で開発された小脳への分化培養法が、疾患由来のヒトiPS細胞にも応用可能であることを示すことができた。in vitroで作製された細胞において、病態の一部再現ができたことは、初期発生の過程が、ほ乳類間、ES細胞、iPS細胞で保存されていることと、病態発症までの過程・機序が保存されていることを示唆する。発生原理を追求するための試験管内分化誘導系が、疾患研究に有用である可能性を提示できたことは、研究がおおむね順調に進んでいるものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒトiPS細胞を活用した３次元培養により、小脳組織の形成過程を調べ、局所回路の構築についてさらに検討を行う。組織構築あるいは遺伝子発現様式を病態由来の小脳組織と比較することで、ヒト小脳の発生原理を明らかにすることを目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度（平成２８年度）は、昨年度（平成２７年度）に残した予算も用いて、新規の培養技術の検討、遺伝子解析などに注力することができた。次年度（平成２９年度）は、これらの進展を受け、遺伝子改変や網羅的な遺伝子解析がより発展することが期待されるため、予算を残し、最終年度として、当初目的の達成ならびに応用研究への展開を目指すこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
昨年度（平成２８年度）に開発した培養技術も活用し、ヒトiPS細胞を用いた小脳の形成機序の解明を目指す。遺伝子発現解析、遺伝子改変、局所回路形成の可視化などの費用に充当する予定である。
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