造血幹細胞の自己複製と分化の制御機構の解明とその再生医療への応用のための基盤研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26501004
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 安永 晋一郎 広島大学, 原爆放射線医科学研究所, 准教授 (50336111)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大野 芳典 広島大学, 原爆放射線医科学研究所, 助教 (10548986) ; 瀧原 義宏 広島大学, 原爆放射線医科学研究所, 教授 (60226967)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 再生医学 / 造血幹細胞 / 自己複製 / 細胞周期 / 細胞増殖 / 細胞分化 / Geminin / ユビキチン化

Outline of Annual Research Achievements

細胞ソーティング法により、Geminin-EYFPノックインマウスの骨髄細胞から造血幹細胞を分画し、Gemininの発現レベルによりさらに亜分画に分けた。このマウスにBrdUを投与し細胞周期解析を行いCD34-KSL Geminin-high細胞がS/G2/M期の細胞であることを確認した。次に単離したCD34-KSL Geminin-high細胞を致死的放射線照射したマウスに移植し、移植細胞から細胞周期の各期にある造血幹細胞が出現すること、そしてさらに各細胞系譜の前駆細胞や成熟血球細胞が長期にわたって生み出されることを確認し、CD34-KSL Geminin-high細胞が機能的にも自己複製中の造血幹細胞であることを確認した。そして、それらの分画における造血幹細胞や前駆細胞のマーカー遺伝子群や自己複製と分化の制御に重要とされる遺伝子群の発現をFludigm社のシングルセルRT-PCRシステムを用いて解析を行った。
一方、Geminin-EYFPノックイン骨髄細胞に導入することを目的に、赤色蛍光をマーカーにしたレトロウイルスベクターを用いたGeminin高発現系、shRNAを用いたノックダウン系、またはGeminin発現変化系（Geminin-MERやGeminin-Tetoff）作成を試みた。しかし、赤色蛍光マーカーをいろいろ試したが、細胞毒性が問題となり、高発現を維持する赤色マーカーを持ったレトロウイルスシステムの作成は難航している。現在、別のGeminin発現操作法として膜透過型リコンビナントGemininタンパク質の有用性に着目し、基礎実験を行っている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上記のごとく、自己複製中の造血幹細胞のプロスペクティブ同定法の開発については当初の予定よりも順調に進展した。一方、Geminin発現操作法の確立については、赤色蛍光を共発現するレトロウイルスベクター系は、赤色蛍光タンパク質の細胞毒性のため生細胞を維持することに困難性がでる可能性があることがわかた。

Strategy for Future Research Activity

平成２６年度の研究で確立された自己複製中の造血幹細胞のプロスペクティブ同定法を用いて分画された自己複製中の造血幹細胞と静止期にある造血幹細胞の遺伝子発現の違いを、シングルセルRT-PCR解析だけではなく、シングルセル次世代シーケンサー解析まで広げたいと考えている。また、PDC (paired daughter cell) 解析などのより機能的な解析を行うことで造血幹細胞の増殖と分化を掛け分ける分子機構におけるGemininの役割を解明したい。
Gemininの発現操作系に対しては、赤色蛍光を持ったレトロウイルスベクターだけではなく、膜透過型リコンビナントGemininタンパク質とその変異体を用いてGemininの発現や機能を精妙に制御できるようにしたい。
さらに、以上の研究成果を用いて、「新規Geminin発現制御シグナル系を介した造血幹細胞の自己複製と分化を制御する分子機構の解析」と「ES/iPS細胞からの造血幹細胞の発生誘導法の開発」に取り組みたいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Simple diagnosis of STAT1 gain-of-function alleles in patients with chronic mucocutaneous candidiasis. (2014)
  • Author(s): 35.Mizoguchi Y., Tsumura M., Okada S., Hirata O., Minegishi S., Imai K., Hyakuna N., Muramatsu H.,. Kojima S., Ozaki Y., Imai T., Takeda S., Okazaki T., Ito T, Yasunaga S., Takihara Y., Bryant V.L., Kong X.F., Cypowyj S., Boisson-Dupuis S., Puel A., Casanova J.L., Morio T. & Kobayashi M.
  • Journal Title: J. Leukoc. Biol. Volume: 95 Pages: 667-676
  • DOI: doi: 10.1091/mbc.E13-09-0534
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcription of the Geminin gene is regulated by a negative-feedback loop. (2014)
  • Author(s): Ohno, Y., Saeki, K., Yasunaga, S., Kurogi. T., Suzuki-Takedachi, K., Shirai, M., Mihara K., Yoshida, K., Voncken J. W, Ohtsubo, M. & Takihara Y.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell Volume: 25 Pages: 1374-1383
  • DOI: doi: 10.1189/jlb.0513250
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Cell-penetrating Geminin is exerted to provide a new strategy for manipulating the activity and number of HSCs. (2015)
  • Author(s): Kurogi T., Ohno Y., Yasunaga S., Suzuki-Takedachi K., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 5th International Symposium of RIRBM, Hiroshima University
  • Place of Presentation: Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
• [Presentation] Analysis of molecular rele for Geminin in self-renewal and differentiation of HSCs. (2015)
  • Author(s): Suzuki-Takedachi K., Yasunaga S., Ohno Y., Kurogi T., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 5th International Symposium of RIRBM, Hiroshima University
  • Place of Presentation: Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
• [Presentation] Simple diagnosis of STAT1 gain-of-function alleles in patient with chronic mucocutaneous candidiasis presenting various clinical signs. (2015)
  • Author(s): Mizoguchi Y., Okada S., Tsumura M., Yasunaga S., Takihara Y., Casanova J.-L., Morio T., Kobayashi M.
  • Organizer: The 5th International Symposium of RIRBM, Hiroshima University
  • Place of Presentation: Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
• [Presentation] Effects of low-dose irradiation on the hematopoietic system. (2015)
  • Author(s): Yasunaga S., Ohno Y., Suzuki-Takedachi K., Kurogi T., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 5th International Symposium of RIRBM, Hiroshima University
  • Place of Presentation: Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-02
• [Presentation] Geminin-EYFP knock-in mice provide a powerful tool for dissecting a molecular mechanism regulating self-renewal or differentiation of hematopoietic stem cells. (2014)
  • Author(s): Suzuki-Takedachi K., Yasunaga S., Ohno Y., Kurogi T., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 37th Annual Meeting of the Molecular Biology of Japan
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Cell-penetrating recombinant Geminin protein may provide a new strategy for regulating self-renewal or cellular differentiation in hematopoietic stem cells. (2014)
  • Author(s): Kurogi T., Ohno Y., Yasunaga S., Suzuki-Takedachi K., Santo M., Masuhiro Y., Hanazawa S., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 37th Annual Meeting of the Molecular Biology of Japan
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Geminin visualization aids detailed molecular analysis of self-renewing hematopoietic stem cells. (2014)
  • Author(s): Yasunaga S., Ohno Y., Suzuki-Takedachi K., Kurogi T., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 76th Annual Meeting of the Japanese Society of Hematology
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-02
• [Presentation] Direct transmission of a cell-penetrating form of Geminin, a regulator for hematopoietic stem cells. (2014)
  • Author(s): Ohno Y., Yasunaga S., Kurogi T., Suzuki-Takedachi K., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 76th Annual Meeting of the Japanese Society of Hematology
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-02
• [Presentation] Direct transduction of a cell-penetrating form of Geminin, a molecule regulating DNA replication and chromatin remodeling. (2014)
  • Author(s): Takihara Y., Yasunaga S., Ohno Y., Kurogi T., Suzuki-Takedachi K., , Santo M., Ohtsubo M.
  • Organizer: ISEH (International Society for Experimental Hematology) 43rd Annual Scientific Meeting
  • Place of Presentation: Montreal , Canada
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] Identification and functional analysis of self-renewing hematopoietic stem cells by using Geminin-EYFP knock-in mice. (2014)
  • Author(s): Yasunaga S., Ohno Y., Suzuki-Takedachi K., Kurogi T., , Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 12th Stem Cell Research Symposium
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] Geminin regulates transcription via chromatin remodeling to govern cellular proliferation and differentiation. (2014)
  • Author(s): Ohno Y., Yasunaga S., Kurogi T., Suzuki-Takedachi K., Santo M., Ohtsubo M., Takihara Y.
  • Organizer: The 12th Stem Cell Research Symposium
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Remarks] 広島大学 原爆放射線医科学研究所 幹細胞機能学研究分野
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/dscb/index.html
• [Remarks] 福岡大学 医学部 生化学講座
  • URL: http://www.med.fukuoka-u.ac.jp/biochem1/index-j.htm