多能性幹細胞の維持・再生機構の解明

• 研究領域: 植物の生命力を支える多能性幹細胞の基盤原理
• 研究課題/領域番号: 17H06477
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 梅田 正明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80221810)
• 研究分担者: 蓑田 亜希子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (40721569) ; 坪内 知美 基礎生物学研究所, 幹細胞生物学研究室, 准教授 (70754505)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 212,810千円 (直接経費: 163,700千円、間接経費: 49,110千円); 2021年度: 46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円); 2020年度: 46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円); 2019年度: 46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円); 2018年度: 46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円); 2017年度: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
• キーワード: 多能性幹細胞 / DNA損傷 / ゲノム恒常性 / クロマチン / ES細胞 / 幹細胞 / 多能性 / 1細胞解析

研究成果の概要

本研究では、幹細胞を維持するのに必要な分子メカニズムの解明を目指して研究を進めた。まず、シロイヌナズナの根において、DNA損傷に応答して細胞周期のG2期停止が起こる機構を明らかにした。また、植物ホルモンが幹細胞ゲノムの恒常性や幹細胞再生を制御するメカニズムを解明し、さらに哺乳類ES細胞において、低速なDNA合成を行う複製装置がゲノム上に数多く配置されていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、DNA損傷に応答した細胞周期停止に新規なシグナル伝達経路が関与することが明らかになった。また、植物ホルモンが、DNA損傷により誘導される幹細胞特異的な細胞死を制御していることが示され、その後の幹細胞再生にもホルモンシグナリングの活性化が関与している可能性が示唆された。さらに、哺乳類ES細胞において、多能性・細胞周期進行・DNA複製の協調的制御の一端が明らかとなり、幹細胞の維持機構の理解につながった。

研究成果

• [国際共同研究] CBM/CRAG(スペイン)
• [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] VIB(ベルギー)
• [国際共同研究] サセックス大学(英国)
• [国際共同研究] CRAG(スペイン)
• [国際共同研究] メリーランド大学(米国)
• [国際共同研究] VIB(ベルギー)
• [国際共同研究] サセックス大学(英国)
• [国際共同研究] CRAG(スペイン)
• [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] サセックス大学(英国)
• [国際共同研究] CRAG(スペイン)
• [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] サセックス大学(英国)
• [国際共同研究] CRAG(スペイン)
• [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] スウェーデン農業大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] サセックス大学(英国)
• [雑誌論文] Brassinosteroids are required for efficient root tip regeneration in <i>Arabidopsis</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Naoki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 39 号: 1 ページ: 73-78
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.1103a
  • NAID: 130008128861
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2022-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Alterations in hormonal signals spatially coordinate distinct responses to DNA double-strand breaks in Arabidopsis roots (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Naoki、Inagaki Soichi、Nishimura Kohei、Sakakibara Hitoshi、Antoniadi Ioanna、Karady Michal、Ljung Karin、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 25
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg0993
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: Online ahead of print 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of the Plant Cell Cycle in Response to Hormones and the Environment (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno Akie、Aki Shiori S.、Takahashi Naoki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Annual Review of Plant Biology 巻: 72 号: 1 ページ: 72-78
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-080720-103739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome Maintenance Mechanisms at the Chromatin Level (2021)
  • 著者名/発表者名: Takatsuka Hirotomo、Shibata Atsushi、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 19 ページ: 10384-10384
  • DOI: 10.3390/ijms221910384
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TheArabidopsisNRT1/PTR FAMILY protein NPF7.3/NRT1.5 is an indole-3-butyric acid transporter involved in root gravitropism (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Shunsuke、Takahashi Naoki、Kanno Yuri、Suzuki Hiromi、Aoi Yuki、Takeda-Kamiya Noriko、Toyooka Kiminori、Kasahara Hiroyuki、Hayashi Ken-ichiro、Umeda Masaaki、Seo Mitsunori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 49 ページ: 31500-31509
  • DOI: 10.1073/pnas.2013305117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CDKD-dependent activation of CDKA;1 controls microtubule dynamics and cytokinesis during meiosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sofroni Kostika、Takatsuka Hirotomo、Yang Chao、Dissmeyer Nico、Komaki Shinichiro、Hamamura Yuki、Bottger Lev、Umeda Masaaki、Schnittger Arp
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 219 号: 8
  • DOI: 10.1083/jcb.201907016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE 1 acts as a regulator coordinating crosstalk between DNA damage response and immune response in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyama Kaoru Okamoto、Aoshima Naoki、Takahashi Naoki、Sakamoto Tomoaki、Hiruma Kei、Saijo Yusuke、Hidema Jun、Umeda Masaaki、Kimura Seisuke
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 103 号: 3 ページ: 321-340
  • DOI: 10.1007/s11103-020-00994-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] A regulatory module controlling stress-induced cell cycle arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Naoki、Ogita Nobuo、Takahashi Tomonobu、Taniguchi Shoji、Tanaka Maho、Seki Motoaki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: eLife 巻: 8
  • DOI: 10.7554/elife.43944
  • NAID: 120006619181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cytokinin signaling is essential for organ formation in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S、Mikami Tatsuya、Naramoto Satoshi、Nishihama Ryuichi、Ishizaki Kimitsune、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Sakakibara Hitoshi、Kyozuka Junko、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 8 ページ: 1842-1854
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz100
  • NAID: 120006711216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytokinin signaling coordinates development of diverse organs in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Aki Shiori S.、Nishihama Ryuichi、Kohchi Takayuki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 11 ページ: 1668232-1668232
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1668232
  • NAID: 120006731887
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gap 2 phase: making the fundamental decision to divide or not (2019)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Aki Shiori S、Takahashi Naoki
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 51 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2019.03.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial overview: How plants transform signaling cues into changes in gene expression (2019)
  • 著者名/発表者名: Hwang Ildoo、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 51 ページ: A1-A3
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2019.09.006
  • 国際共著
• [雑誌論文] ABA inhibits root cell elongation through repressing the cytokinin signaling (2019)
  • 著者名/発表者名: Takatsuka Hirotomo、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 3 ページ: e1578632-e1578632
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1578632
  • NAID: 120006731888
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identifying the target genes of SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE 1, a master transcription factor controlling DNA damage response in Arabidopsis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogita N, Okushima Y, Tokizawa M, Yamamoto YY, Tanaka M, Seki M, Makita Y, Matsui M, Okamoto-Yoshiyama K, Sakamoto T, Kurata T, Hiruma K, Saijo Y, Takahashi N, Umeda M.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: - 号: 3 ページ: 439-453
  • DOI: 10.1111/tpj.13866
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Actin reorganization triggers rapid cell elongation in roots (2018)
  • 著者名/発表者名: Takatsuka Hirotomo、Higaki Takumi、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 178 号: 3 ページ: 1130-1141
  • DOI: 10.1104/pp.18.00557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis R1R2R3-Myb proteins are essential for inhibiting cell division in response to DNA damage (2017)
  • 著者名/発表者名: Chen Poyu、Takatsuka Hirotomo、Takahashi Naoki、Kurata Rie、Fukao Yoichiro、Kobayashi Kosuke、Ito Masaki、Umeda Masaaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 635-635
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00676-4
  • NAID: 120006354238
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ブラシノステロイドは根端切除後の幹細胞ニッチの再構築を促進する (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Genome maintenance strategies in plant stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明、安喜史織、高橋直紀
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] オーキシンによるゲノム恒常性維持機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、梅田正明
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物成長を制御する分子メカニズムの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明
  • 学会等名: 第38回日本植物バイオテクノロジー学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞間コミュニケーションを介した植物幹細胞の維持機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明、杉山輝樹、紀平望帆
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA損傷に応答したシロイヌナズナの根の幹細胞再生に関する解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吹田宗樹、高橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] DNA損傷応答におけるインドール酪酸輸送の役割の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、吉國早希、梅田正明
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] オーキシンを介したヘテロクロマチン形成の制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、梅田正明
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] DNA損傷に応答した細胞周期停止の制御機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 細谷美遥、高橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Role of cell cycle regulation in cell fate determination (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉山輝樹、梅田正明
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA損傷に応答した根の成長抑制におけるサイトカイニン合成の役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、Ioanna Antoniadi、Michal Karady、Karin Ljung、梅田正明
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] Regulation of DNA replication in mammalian pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasunao Kamikawa、Akino Matsumoto、Tomomi Tsubouchi
  • 学会等名: JSDB Online Meeting
• [学会発表] DNA損傷に応答したANAC044/085によるG2期停止機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森夏実、高橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] DNA損傷応答を制御するヒストン脱アセチル化酵素の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻幸、安喜史織、梅田正明
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Regulatory mechanism of stem cell maintenance in Arabidopsis roots (2020)
  • 著者名/発表者名: 髙橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチン制御によるゲノム恒常性維持機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、梅田正明
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome maintenance strategies in stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明、安喜史織、高橋直紀
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ストレスに応答した細胞分裂制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 髙橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
  • 招待講演
• [学会発表] The developmental role of cytokinins in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiori S. Aki, Tatsuya Mikami, Satoshi Naramoto, Ryuichi Nishihama, Kimitsune Ishizaki, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Junko Kyozuka, Takayuki Kohchi, Masaaki Umeda
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A regulatory module controlling cell cycle arrest in response to multiple stresses (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明、髙橋直紀
  • 学会等名: Plant Cell & Developmental Biology: Cold Spring Harbor Conferences Asia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genotoxic stress inhibits root growth by enhancing cytokinin biosynthesis above the meristem (2019)
  • 著者名/発表者名: 髙橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: Plant Cell & Developmental Biology: Cold Spring Harbor Conferences Asia
  • 国際学会
• [学会発表] Gene regulatory networks in root nodule symbiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kai Battenberg, Tsuneo Hakoyama, Atsuko Hirota, Akihiro Yamazaki, Shiori Aki, Masaaki Umeda, Thomas Kelly, Nicola Hetherington, Aki Minoda
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome maintenance strategies in stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA損傷に応答した細胞周期停止を制御する転写因子複合体の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋知伸、荻田伸夫、谷口昌司、高橋直紀、梅田正明
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会
• [学会発表] ストレスに応答した細胞周期停止の制御機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、荻田伸夫、高橋知伸、谷口昌司、梅田正明
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会
• [学会発表] DNA damage activates two distinct signaling pathways controlling DNA repair and cell cycle arrest (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、荻田伸夫、梅田正明
  • 学会等名: Plant Genome Stability and Change 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Control of stem cell division by fine-tuning cyclin-dependent kinase activity (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉山輝樹、高塚大知、梅田正明
  • 学会等名: Auxin and Cytokinin in Plant Development
  • 国際学会
• [学会発表] DNA damage responses in Arabidopsis roots (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明、荻田伸夫、高橋直紀
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 植物のストレスに応答した細胞周期停止の分子機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、荻田伸夫、梅田正明
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] Developing a single-cell bioinformatics analysis pipeline: Application of single-cell RNA-Seq to plant tissues (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Thomas Kelly, Nicola A. Hetherington, Shiori Aki, Haruka Yabukami, Kai Battenberg, Makoto Hayashi, Masaaki Umeda, Akiko Minoda
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 植物ホルモンによるクロマチン構造変化を介したゲノム恒常性維持機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、Aida Nazlyn Binti Nazari、高橋直紀、高塚大知、梅田正明
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞におけるDNA複製ストレス応答 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Unique regulation of dNTP production in mammalian pluripotent stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: EMBO Workshop on DNA Replication, Chromosome Segregation and Fate Decisions
  • 国際学会
• [学会発表] 多能性幹細胞におけるDNA複製完了のメカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 複製フォーク動態を介した多能性幹細胞におけるゲノム安定性維持機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ゼニゴケにおけるサイトカイニンレスポンスレギュレーターの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、三神達也、西浜竜一、小嶋美紀子、竹林裕美子、榊原均、河内孝之、梅田正明
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] CDK阻害因子による幹細胞維持機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉山輝樹、野口博史、高塚大知、梅田正明
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ANAC044およびANAC085はDNA損傷による細胞周期停止に必要である (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋直紀、荻田伸夫、高橋知伸、谷口昌司、梅田正明
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Control of chromatin structure along differentiation trajectories (2018)
  • 著者名/発表者名: 高塚大知、梅田正明
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome maintenance mechanisms in mammalian pluripotent stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Maintenance of genome integrity in root stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Maintenance of genome integrity in root stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明
  • 学会等名: Plant Cell and Developmental Biology: Approaches to Multiscale Biosystems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物幹細胞の神秘を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅田正明
  • 学会等名: 植物科学シンポジウム2017：植物科学のバイオ農業への展開
  • 招待講演
• [学会発表] Toward understanding of cytokinin-mediated control of organogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: 安喜史織、梅田正明
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2017: Renaissance of Marchantia polymorpha - the genome and beyond
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多能性細胞におけるDNA複製とゲノム恒常性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上川泰直、坪内知美
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [備考] 梅田研ホームページ
  • URL: https://bsw3.naist.jp/umeda/
• [備考] 坪内研ホームページ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/stemcell/