2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analyses on developmental transition process of mammalian pluripotent cells and its epigenomic regulations using single cell technologies
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18H02424
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
阿部 訓也 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (40240915)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 多能性幹細胞 / シングルセル解析 / 分化遷移 / エピジェネティクス / ナイーブープライム変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、シングルセル遺伝子発現解析、微量エピゲノム解析、先端的イメージング等の新手法を駆使し、多能性幹細胞幹細胞の分化状態の遷移過程におけるエピゲノムダイナミクスとその意義を追求することを目的とし、以下の研究を実施して来た。1)着床前後のマウス胚の多能性細胞、およびそのin vitroモデルである多能性幹細胞のnaive-primed転換過程の遺伝子発現、エピゲノム変動の意義解明：雌ES細胞からプライム型幹細胞であるEpiSC様細胞へと効率良く変換させる系を確立し、それを材料としてシングルセルRNA-Seq解析を実施した。その結果、ES細胞やEpiSCとは異なる中間的な特性を示し、かつ継代維持が可能な細胞亜集団が出現することを見出した。同様の実験を雄ES細胞を用いて実施し、シングルセル解析を行ったところ、雌細胞の場合と同様にES細胞やEpiSCとは異なる発現プロファイルを示す亜集団を同定した。この細胞は発現プロファイル、特に細胞表面分子をコードする遺伝子群の発現パターンがES細胞、EpiSCとは異なっていた。これらの特徴は、雄、雌細胞の双方で共通であり、またその特徴は継代を重ねても維持されていたので、今回見出された亜集団はナイーブ、プライムとも異なる第三の多能性幹細胞である可能性が示唆された。2）細胞遷移過程の指標としてのX染色体不活性化プロセスの解析：用いた雌ES細胞は、マウス亜種間交雑から得られた細胞であり、2本あるＸ染色体上の遺伝子座の間に多く存在する１塩基置換を用いることで、アレル特異的な発現解析が可能である。そこで、当該年度はそのための解析パイプラインの確立を行い、実際に分化過程におけるＸ染色体活性変動の測定に成功した。
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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
前年度までの雌細胞の解析に加えて、雄細胞についても同様の解析を行い、雄、雌双方においてナイーブとプライム状態の中間の形質を示す第3の多能性状態を示すことができた。年度途中にこの研究を担当していた研究員、技術員が転出したため、雄細胞の解析に関して遅延が生じたが、資金を繰越し、19年度にRNA-Seq解析を実施することが可能となった。その後の情報学的解析も順調に進展したため、上記の成果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
シングルセルRNA-Seqに加えて、ノンコーディングRNAやエンハンサーRNAを検出することが可能なCAGE (Cap Analysis of Gene Expression)法をシングルセルレベルで行うことが出来るC1-CAGE法を用いて、ナイーブープライムの細胞変換プロセスを解析し、このプロセスにおけるプロモーターやエンハンサーの利用様式の変動を解析する。これまでに確立したアレル特異的発現解析パイプラインを用いて、分化状態の指標としてのＸ染色体不活性化状態のシングルセルレベルの解析を実施する。また、同様の手法を用いてＸ染色体だけではなく、常染色体上のモノアレル発現を示す遺伝子の検索を行う。
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[Journal Article] WNT inhibition and increased FGF signalling promotes derivation of less heterogeneous primed human embryonic stem cells, compatible with differentiation.2019
Author(s)
Taelman J, Popovic M, Bialecka M, Tilleman L, Warrier S, Van Der Jeught M, Menten B, Deforce D, Sutter P DE, Nieuwerburgh V, Abe K, Heindryckx B, Chuva de Sausa Lopes SM
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Journal Title
Stem Cells and Development
Volume: 28
Pages: 579-592
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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