2014 Fiscal Year Research-status Report
細胞初期化／分化過程におけるミトコンドリア機能異常の分子遺伝学的・生化学的解析
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25860732
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| Research Institution | National Center of Neurology and Psychiatry |
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Principal Investigator |
横田 睦美 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所疾病研究第二部, 流動研究員 (10647415)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | m.3243A>G変異 / iPS細胞 / 神経系細胞 / 心血管系細胞 / 造血系細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ミトコンドリアDNA変異に起因するミトコンドリア病の中でも最も頻度の高いMELAS（m.3243A>G変異）に着目し、細胞初期化／分化過程におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証することを主目的としている。
昨年度までに、90%以上のm.3243A>G変異を有する患者線維芽細胞クローンではミトコンドリア呼吸鎖酵素複合体I、IVの顕著な活性低下を認め、それに伴うiPS細胞誘導効率の顕著な低下を明らかにした。本結果は、ミトコンドリア機能異常が細胞初期化に対する強力な障壁となる可能性を示唆している。
今年度は、樹立したm.3243A>G変異を有するiPS細胞を用いて分化過程におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証するため、健常者由来iPS細胞を用いて神経系細胞、心血管系細胞、造血系細胞への分化誘導法を検討した。神経系細胞においては高効率で神経細胞マーカー陽性細胞を、心血管系細胞においては心筋細胞マーカー陽性の拍動細胞を、造血系細胞においては各血液細胞コロニーを再現性良く得られる方法の確立に成功した。上述の方法に従い、m.3243A>G変異を有するiPS細胞から造血系細胞への分化誘導を行った結果、造血幹細胞、各種末梢血液細胞へと分化する過程においてm.3243A>G変異率が大きく変動しないこと、また、高いm.3243A>G変異率を有するiPS細胞が赤血球系細胞への分化抵抗性を示すことを明らかにした。本結果は、ミトコンドリア機能異常が特定の造血系細胞系譜への分化を抑制している可能性を示唆している。
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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
昨年度までの研究により、m.3243A>G変異によるミトコンドリア機能の破綻が細胞初期化過程の障壁となりうることを明らかにした。本結果は、体細胞の多能性獲得においてミトコンドリア生理機能が果たす役割の本質的な理解につながる重要な発見であり、現在論文投稿中である。
一方、今年度の研究を通じて、高いm.3243A>G変異率を有するiPS細胞が赤血球系細胞への分化抵抗性を示すことを明確に示した。本結果は、ミトコンドリア病患者の造血組織での臨床病型のひとつである貧血症状をin vitroで部分的に再現した重要な結果といえる。
また、ミトコンドリア病の代表的な罹患臓器である神経系細胞、心血管系細胞への分化誘導方法を健常者由来iPS細胞を用いて確立できたことは、疾患特異的iPS細胞を用いた病態再現、創薬研究を今後推進していく上で非常に重要な進展であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、変異率90%以上の患者線維芽細胞クローンにおいてのみm.3243A>G変異の分子病原性が顕在化し、呼吸鎖酵素複合体I、IVの活性低下が惹起されること（閾値効果）を明らかにした。
今後は、変異率90%の複数患者由来iPS細胞を用いて神経系細胞、心血管系細胞へと分化誘導を行い、m.3243A>G変異の閾値効果により誘発されるミトコンドリア機能異常が細胞の発生・分化段階に及ぼす影響を総合的に理解する。これにより、変異型ミトコンドリアDNAに起因するミトコンドリア病にみられる組織・臓器特異的な病態発症機構の全容解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
平成26年1月17日から平成26年9月30日まで産前産後育児休業により事業を中断していたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
iPS細胞の培養及び分化誘導に必要な培地や試薬、分化した細胞の機能解析に必要な試薬や抗体等の消耗品に助成金の大部分を使用する。その他、本研究により得られた成果を発表するための論文投稿費、学会発表経費に使用する。
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