2018 Fiscal Year Annual Research Report
ナイーブ型多能性幹細胞と試験管内初期胚培養法の確立
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16H02465
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高島 康弘 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (70469930)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 幹細胞 / 初期発生 / ナイーブ型ES細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者が2014年に樹立したヒトナイーブ 型iPS細胞は、着床前胚盤胞のエピブラストに一致し、今までできなかった着床前のより早期の初期発生研究を可能とした。この細胞を用いて、今まではアプローチできなかったヒト初期発生のメカニズムに迫る。胚盤胞内部細胞塊から着床後エピブラスト、原始内胚葉、臓側内胚葉へ分化していく発生過程を試験管内で構築し、明らかにする。
１ヒトナイーブ型多能性幹細胞を用いた解析：ヒトナイーブ型多能性幹細胞を用いて、原始内胚葉細胞へ分化させることに成功している。一方、ヒトプライム型からは原始内胚葉は、直接的には誘導できないことが分かった。このことから原始内胚葉は、ナイーブ型のみから誘導できることが示された。一方、ナイーブ型から誘導するメカニズムの解析に関し、FGF4とBMP4が最重要なシグナルであることを同定した。またGATA6とKLF4が必須の転写因子であることも同定し、ヒト原始内胚葉に分化するメカニズムが明らかになった。
続いて同様のシグナルが他動物種でも保存されているかを解析した。マウスナイーブ型ES細胞を用いて解析を行った結果、FGF4とBMP4は、原始内胚葉を誘導せず、マウスにおいては、FGF+WNTが重要であることが分かった。一方で霊長類・新世界ザルであるマーモセット胚の内部細胞塊からはBMP＋FGFを用いて、原始内胚葉が誘導された。すなわち霊長類ではBMP＋FGFが原始内胚葉に重要であることを明らかにした。
２マーモセット胚から多能性幹細胞の誘導：現在までにマーモセット胚からフィーダーフリープライム型多能性幹細胞の誘導に成功した。樹立したフィーダーフリーマーモセットES細胞の維持シグナルにアクチビンが重要であることが分かった。また同時にWNTを阻害することも重要であることも同定した。
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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
ヒトナイーブ型から原始内胚葉への誘導とその誘導メカニズムも明らかにすることに成功した。プライム型から原始内胚葉は誘導できず、ナイーブ型独自の特性であることも明らかになった。誘導した原始内胚葉細胞もヒト胚の細胞にかなり近い遺伝子発現を持つことが分かり、ヒトにおける着床期発生を研究する素材を作ることができた。一方で、げっ歯類では同様のシグナルは維持されておらず、これらはヒト・マーモセットといった霊長類に特異的である可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
１ヒトナイーブ型多能性幹細胞を用いた解析：ヒトナイーブ型多能性幹細胞を用いて、原始内胚葉細胞へ分化させることに成功した。RNAシーケンスの結果、ヒト胚と非常に近いことも分かった。今後、遺伝子発現のみではなく、原始内胚葉の機能を解析する。
1) 原始内胚葉が臓側内胚葉を経て卵黄嚢に分化する過程の解析。2) 中胚葉細胞と臓側内胚葉と共培養し、卵黄嚢における一次造血を再構築する。3) 誘導された原始内胚葉細胞と着床後多能性幹細胞との共培養を行い、着床期初期発生を試験管内での構築し、追跡する。
２マーモセット胚から多能性幹細胞の誘導：現在までにマーモセット胚からフィーダーフリープライム型多能性幹細胞の誘導に成功した。内部細胞塊をヒトと同様の条件で培養することで、原始内胚葉に誘導できることが分かった。今後は下記を実施する。
１）樹立したマーモセットES細胞の維持シグナルとメカニズムの解析を継続する。２）樹立したマーモセットES細胞からナイーブ型ES細胞を誘導する。ヒトで樹立に成功したナイーブ型ES細胞はマーモセットでは誘導できず、今後プライム型マーモセットES細胞からナイーブ型を誘導する。誘導したナイーブ型ES細胞の性状を解析する。さらには、誘導したナイーブ型がマーモセット胚に取り込まれるか、キメラを作って行くのか、解析する。RNAシーケンスを用いて、マーモセット胚から多能性幹細胞株が樹立される遺伝子発現変化とメカニズムを明らかにする。
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