2016 Fiscal Year Research-status Report
ヒトiPS細胞から膵芽細胞への分化機序解明と新規誘導法の開発
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15K09385
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
豊田 太郎 京都大学, iPS細胞研究所, 講師 (60593530)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | NKX6.1 / PDX1 / 膵芽 / 膵臓 / iPS細胞 / ES細胞 / 発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
糖尿病は世界規模の医学的・経済的問題であり、膵β細胞の供給源と補充療法の開発は急務である。ヒト幹細胞から分化誘導にて作製した胎生期の膵芽細胞の移植がβ細胞の補充に有効であることが示唆されている。しかし、その分化機序や、安定して高効率に作製する方法は確立されていない。本研究の目的は、膵芽細胞に特異的なマーカー遺伝子NKX6.1を指標として、ヒトiPS細胞から膵芽細胞への分化機序を解明し、安定かつ効率的な分化誘導法の開発につなげることである。
同じ液性因子処理下であっても、平面培養に比べ細胞塊の浮遊培養において膵芽細胞への分化が顕著に促進される（Toyoda, 2015）。つまり、細胞塊の浮遊培養において惹起されるシグナルは膵芽への新規分化調節因子と考えられる。そこで、この因子を同定するため平面培養にて様々な化合物で処理したところ、新規因子の候補となる低分子化合物が得られた。この低分子化合物を用いて作製したNKX6.1+細胞を免疫不全マウスへ移植したところ、移植から30日後に胎児膵と同様の上皮様構造が観察された。また、移植90日以後にはマウス血中にヒトのC-ペプチドが検出され、さらにその後、グルコースに応答したインスリン分泌が観察され、成体型の膵β細胞へと分化できることが示唆された。以上のことからこの低分子化合物を用いた分化誘導法にて作製したNKX6.1+細胞は膵芽としての分化能を有すると考えられる。
現在、この低分子化合物の主な標的分子が、膵芽への分化に関与することの検証を試みている。このため、標的分子候補の遺伝子発現、タンパク質発現やリン酸化状態などのシグナル伝達経路の活性状態を評価する系を開発した。また、標的分子候補の活性を直接調節するため、発現調節系を準備した。
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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
本研究の目的である、膵芽細胞（NKX6.1+）への分化機序解明に関して、新規経路を同定する足掛かりとなる化合物を同定し、この化合物を用いて分化誘導された細胞が膵芽細胞であることを示した。また、この化合物の標的分子候補に関連するシグナル伝達の評価系を構築した。これらを用いて標的情報を解析することで、分化機序の解明が進展すると考えられるため、目標達成に向けて順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）膵芽細胞への分化機序の解明 平成27-28年度に準備した標的分子候補関連のシグナル伝達の評価系や活性調節系を用いて、膵芽細胞への分化過程において候補分子が分化に関与することを示す。平面あるいは細胞塊の浮遊培養にて、それぞれの分化系にて膵前駆細胞から膵芽細胞への分化を誘導し、この過程におけるシグナル伝達状態を評価する。また、活性調節が分化を促進あるいは阻害するかを検討する。標的候補分子以外の分子が関与することが示唆された場合、網羅的な遺伝子抑制スクリーニングにて、膵芽細胞への分化に関わる分子の同定を試みる。
（2）経時的遺伝子発現解析に基づく膵系譜を中心とした分化過程系統図の作成 これまでに確立したヒトiPS細胞から膵芽細胞への分化誘導系における遺伝子発現変化を経時的に明らかにし、細胞の分化過程の詳細を解明する。この解析により膵芽細胞への分化過程の詳細な体系図を作成し、分化機構の解明および分化効率に影響を与える分岐点を同定する。また、分化過程の分岐点を標的として、膵系譜細胞への新規分化誘導因子を同定するため、既知の分化制御に関わる成長因子の組み合わせ刺激や、低分子化合物の網羅的な探索を行う。分化効率の向上に加え、同定した化合物の標的分子情報から新たな分化機序の解明に繋げる。
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