ゲノム構築に基づいた場の情報シグナルによる細胞系譜制御プログラムの解析

• Project/Area Number: 13206063
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 田賀 哲也 熊本大学, 発生医学研究センター, 教授 (40192629)
• Project Period (FY): 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥6,500,000); Fiscal Year 2001: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥6,500,000)
• Keywords: 細胞分化 / 転写因子 / ゲノム情報 / DNAメチル化 / エピジェネティクス / 神経幹細胞

Research Abstract

個体発生に伴う生体内各器官・組織の形成においては様々な細胞系譜の厳密な制御プログラムの基盤となるゲノム構築システムの存在が必須である。各々の器官・組織を構成する種々の細胞系譜のもととなる器官・組織特異的幹細胞の分化制御はそれら幹細胞が存在する場に働く増殖分化因子や接着因子などからの細胞外来性の情報シグナルによる遺伝子の発現制御が重要な役割を担っていると考える。また、場の情報シグナルという細胞外来性のシグナルとは別に、ゲノム情報の発現制御にはDNAメチル化やヒストンアセチル化などのエピジェネティックな修飾に代表される細胞内在性のプログラムも重要な役割を果たしている。本研究はこのような背景をもって、細胞系譜制御機構をゲノム情報の制御という観点から明らかにすることを目的として実施された。
成果1:中枢神経系幹細胞のin vitroでの多分化能維持に必要な因子basic FGFを添加した神経幹細胞培養画分とbasic FGFを除いた培養画分からmRNAを抽出してマイクロアレイにて解析し、両者に発現量の変化のあるクローンを幾つか見いだしたので、時空間的発現解析と機能解析を実施中である。
成果2:ニューロンやアストロサイトのもとになる前駆細胞は共通でありながら胎生中期の脳ではニューロン分化は盛んに生じるがアストロサイト分化は皆無で、一方胎生終期になるとニューロン分化は殆ど見られず代わってアストロサイト分化が優位となる点に着目した研究を実施した。アストロサイト特異的マーカー分子GFAPの遺伝子プロモーターにはGFAP遺伝子発現にクリティカルな転写因子STAT3の認識配列が存在する。そのSTAT3認識配列に存在するシトシンが胎生中期では高度にメチル化され、胎生後期にはそのメチル化が外れることと、そのSTAT3認識配列のメチル化がSTAT3のDNA結合と転写活性化とを阻害することを見いだした。これらの結果はアストロサイトの細胞系譜の制御にはDNAメチル化というエピジェネティックなシグナル制御機構が関与することがわかった。

Research Products

• [Publications] Matsuo, R., Ochial, W., Nakashima, K., Taga, T.: "A new expression-cloning strategy for isolation of substrate-specific kinases by using phosphorylation site-specific antibody"J. Immunol. Methods. 247. 141-151 (2001)
• [Publications] Yanagisawa, M., Nakashima, K., Takizawa, T., Ochiai, W., Arakawa, H., Taga, T.: "Signaling crosstalk underlying synergistic induction of astrocyte differentiation by BMPs and IL-6 family of cytokines"FEBS Lett.. 489. 139-143 (2001)
• [Publications] T.Takizawa, M.Yanagisawa, W.Ochiai, K.Yasukawa, T.Ishiguro, K.Nakashima, T.Taga: "Directly linked soluble IL-6 receptor-IL-6 fusion protein induces astrocyte differentiation from neuroepithelial cells via activation of STAT3"Cytokine. 13. 272-279 (2001)
• [Publications] K.Nakashima, T.Takizawa, W.Ochiai, M.Yanagisawa, T.Hisatsune, M.Nakafuku, K.Miyazono, T.Kishimoto, R.Kageyama, T.Taga: "BMP2-mediated alteration in the developmental pathway of fetal mouse brain cells from neurogenesis to astrocytogenesis"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 5868-5873 (2001)
• [Publications] W.Ochiai, M.Yanagisawa, T.Takizawa, K.Nakashima, T.Taga: "Astrocyte differentiation of fetal neuroepithelial cells involving cardiotrophin-1-induced activation of stat3"Cytokine. 14. 264-271 (2001)
• [Publications] M.Ueno, K.Igarashi, N.Kimura, K.Okita, M.Takizawa, I.Nobuhisa, T.Kojima, T.Kitamura, U.Samulowitz, D.Vestweber, T.Shimomura, T.Suda, K.Nakashima, T.Taga: "Endomucin is expressed in embryonic dorsal aorta and is able to inhibit cell adhesion"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 287. 501-506 (2001)
• [Publications] Nichols, J., Chambers, I., Taga, T.Smith, A.: "Physiological rationale for responsiveness of mouse embryonic stem cells to gp13O cytokines"Development. 128. 2333-2339 (2001)
• [Publications] J.Koyama, H.Abe, T.Shimazaki, A.Koizumi, K.Nakashima, S.Gojo, T.Taga, H.Okano, J.Hata.A.Umezawa: "Brain from bone : Efficient "meta-differentiation" of marrow stroma-derived mature osteoblast to neurons with noggin or a demethylating agent"Differentiation. 68. 235-244 (2001)
• [Publications] M.Yanagisawa, K.Nakashima, K.Takeda, W.Ochiai, T.Takizawa, M.Ueno, M.Takizawa, H.Shibuya, T.Taga: "Inhibition of BMP2-induced, TAK1-kinase-mediated neurite outgrowth by Smad6 and Smad7"Genes Cells. 6. 1091-1099 (2001)
• [Publications] M.Yanagisawa, T.Takizawa, W.Ochiai, A.Uemura, K.Nakashima, T.Taga: "Fate alteration of neuroepithelial cells from neurogenesis to astrocytogenesis by bone morphogenetic proteins"Neurosci. Res.. 41. 391-396 (2001)
• [Publications] T.Takizawa, K.Nakashima, M.Namihira, W.Ochiai, A.Uemura, M.Yanagisawa, N.Fujita, M.Nakao, T.Taga: "DNA methylation is a critical cell-intrinsic determinant of astrocyte differentiation in the fetal brain"Dev. Cell. 1. 749-758 (2001)
• [Publications] K.Nakashima, T.Taga: "Mechanism underlying cytokine-mediated cell fate regulation in the nervous system"Mol. Neurobiol.. (in press). (2002)
• [Publications] N.Kimura, M.Takizawa K.Okita, O.Natori, K.Igarashi, M.Ueno, K.Nakashima, I.Nobuhisa, T.Taga: "Identification of a novel transcription factor, ELYS, expressed predominantly in mouse fetal hematopoietic tissues"Genes Cells. (in press). (2002)