2019 Fiscal Year Research-status Report
HMGA2による神経幹細胞の増殖期からニューロン分化期への移行メカニズム解明
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18K14622
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岸 雄介 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (00645236)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 神経幹細胞 / クロマチン / Hmga2 / Plag1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の高次機能をつかさどる大脳新皮質の幹細胞である神経幹細胞は、発生時期依存的にその性質を大きく変化させることが知られている。発生早期においては、盛んに増殖を繰り返すことで神経幹細胞の数を増やし（増殖期）、発生中期にはニューロンを産生する（ニューロン分化期）。その後、発生後期になるとニューロンは産生しなくなりアストロサイトなどのグリア細胞を産生する（グリア分化期）。この神経幹細胞の運命転換のタイミングを制御することは、最終的な脳の大きさや機能を決定するため、厳密に決定される必要がある。例えば、増殖期からニューロン分化期への移行のタイミングが遅くなると、神経幹細胞の数が過剰になって脳は異常に大きくなると考えられる。しかしながら、現在までに神経幹細胞の増殖期からニューロン分化期への移行メカニズムはほとんど明らかにされていない。本研究では、幹細胞がどのようにして分化細胞を産生し始めるか、という幹細胞の根源的な問いに答えを出すことを目的とする。
我々はこれまでに、Hmga2というクロマチン因子が神経幹細胞のニューロン分化能制御に重要であることを見出していたが、その制御メカニズムは明らかではなかった。そこで、Hmga2によって発現が変化する遺伝子を網羅的に解析したところ、Plag1というがん遺伝子がHmga2によって発現亢進することがわかった。そして、Plag1の神経幹細胞における機能解析を実施したところ、ニューロン分化を促進する働きがあることがわかった。この結果は、Hmga2がPlag1の発現亢進を介して神経幹細胞のニューロン分化能を制御していることを示唆している。さらに、Plag1の下流因子を探索したところ、Plag1が転写因子としてニューロン関連遺伝子の一部を直接制御している可能性が示唆された（Sakai, ..., Kishi, Genes Cells, 2019）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Hmga2によるニューロン分化期制御メカニズムについて明らかにし、論文報告することができた。
Hmga2は神経幹細胞のみならず、他の組織発生がん細胞や老化細胞においても重要な役割を果たすことがわかっているが、どのようにクロマチン構造を制御し、どういった標的遺伝子を制御することで、がん化や老化、そして発生に寄与しているのかはあまり明らかではない。本年度の成果は、Hmga2による細胞運命制御のメカニズムを明らかにする重要な発見であり、基礎生物学である発生のみならず、がん化や老化などの応用にも活かされると考えている。
また、本年度は神経発生初期の重要なイベントである神経管閉鎖のメカニズムについても調べることができ、Alr8bという遺伝子の重要性を明らかにした（Hashimoto, Yamaguchi, Kishi et al., Genes Cells, 2019）。これらの成果により、神経上皮細胞から神経幹細胞までの運命制御機構を横断的に明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでに明らかにした知見をもとに、さらにHmga2の制御機構を明らかにすることを目指す。特に、Hmga2はヌクレオソームに結合することはわかっているものの、どうやってクロマチン構造を制御しているか、という生化学的基盤は明らかでない。そこで、Hmga2の相互作用因子やHmga2の構造解析などを通じて、Hmga2の分子機能の実態を明らかにしたい。
また、これまでに行った網羅的解析の結果を踏まえ、Hmga2以外にも神経幹細胞の運命を司る因子の道程を目指す。すでに候補遺伝子まで絞り込んでいるので、これらについてそれぞれノックダウンウィルスを作製し、申請者が独自に開発した遺伝子導入法を用いてスクリーニングを実施する。
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| Causes of Carryover |
Hmga2が神経系前駆細胞の増幅期からニューロン分化期へ移行を解析するためのHmga2機能解析実験の結果、当初の想定に反し、他にもいくつかの転写因子がこの移行に重要な可能性が浮上した。研究遂行上、この現象の本質を見極めることが不可欠なため、神経系前駆細胞の運命転換における転写因子群の役割を解明する実験を追加で実施する必要が生じた。
2020年度には、増殖期からニューロン分化期への移行を制御する候補転写因子の解析を進める。具体的にはそれぞれの遺伝子に対するノックダウンウィルスを作成し、神経系前駆細胞の分化運命や細胞分裂に対する影響を調べる。これにより、神経系前駆細胞の運命転換のメカニズムを包括的に明らかにすることができる。
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