ナイーブ型多能性幹細胞と試験管内初期胚培養法の確立

• 研究課題/領域番号: 16H02465
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 実験動物学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高島 康弘 京都大学, iPS細胞研究所, 講師 (70469930)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 45,110千円 (直接経費: 34,700千円、間接経費: 10,410千円); 2020年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2019年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2018年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2017年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円); 2016年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 発生分化 / 幹細胞 / 初期発生 / ナイーブ型ES細胞 / キメラ / 多能性幹細胞 / 原始内胚葉 / 栄養外胚葉 / 栄養膜幹細胞 / ヒトナイーブ型多能性幹細胞 / 再生医学 / 発生・分化 / ヒト / 霊長類

研究成果の概要

ナイーブ型多能性幹細胞を用いて、トロホブラストの分化を最終分化まで一望できる分化モデルを確立した。胎盤細胞の表面抗原の同定、詳細な遺伝子発現解析、最適な細胞性栄養膜幹細胞維持方法の確立にも成功した。同様にハイポブラストを誘導する培養方法を確立した。ヒト着床前エピブラストとハイポブラストを共培養してできる二層性胚盤様構造(Bilaminoids)を作製することに成功した。エピブラストの基底膜や極性の構築、羊膜腔の誘導、原始線条遺伝子の誘導、前後軸の誘導を明らかにした。
マーモセット胚から新規マーモセットES細胞の樹立に成功した。ヒトとマーモセットにおいてシグナルが保存されていることも明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

着床期の初期発生は、ヒト・非ヒト霊長類では不明な点が多く、マウスとも異なる。しかし、霊長類胚を用いた研究は、倫理面に対する問題を含み困難である。自身が報告したnaive型ヒト多能性幹細胞を用いて世界で初めて、栄養外胚葉から始まる胎盤細胞の分化モデルや二層性胚盤様構造(Bilaminoids)モデルを樹立した。ブラックボックスであったヒト初期発生を明らかにすることができ、今後幹細胞を用いたヒト初期発生研究分野を作りだす成果である。マーモセット胚を利用することで、非ヒト霊長類を用いた初期発生研究の基盤構築に成功した。霊長類研究の重要性を示すとともに不妊・発生異常にも貢献する意義が高い成果である。

研究成果

• [国際共同研究] IMBA(オーストラリア)
• [雑誌論文] Pluripotent stem cells for the study of early human embryology (2021)
  • 著者名/発表者名: Semi Katsunori、Takashima Yasuhiro
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 63 号: 2 ページ: 104-115
  • DOI: 10.1111/dgd.12715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Capturing human trophoblast development with naive pluripotent stem cells in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: S Io M Kabata Y Lemura N Morone A Minagawa B Wong I Okamoto T Nakamura Y Kojima C Iwatani H Tsuchiya B Kawswandy E KondohS Kaneko K Woltjen M Saitou T Yamanoto M Mandai Y Takashima
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 21 号: 6 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1016/j.stem.2021.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering Genetic Predisposition in Human Neuroepithelial Stem Cells Recapitulates Medulloblastoma Tumorigenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang M、Tailor J、Z Q、G AH、M ML、W H、C J、Z T、N EK.、M LK.、A Z、Y F、Takashima Y、Clarke J、A H、C FMG.、L B、M BS.、I S、C L、Y C、K KM.、M T、S N、K P、P SM.、D P、S MP、L DA、C YJ、P JJ、S FJ、M AS、K M、P SM、T MD、S A、W WA
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 25 号: 3 ページ: 433-446.e7
  • DOI: 10.1016/j.stem.2019.05.013
• [雑誌論文] Reduced MEK inhibition preserves genomic stability in naive human embryonic stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Di Stefano Bruno、Ueda Mai、Sabri Shan、Brumbaugh Justin、Huebner Aaron J.、Sahakyan Anna、Clement Kendell、Clowers Katie J.、Erickson Alison R.、Shioda Keiko、Gygi Steven P.、Gu Hongcang、Shioda Toshi、Meissner Alexander、Takashima Yasuhiro、Plath Kathrin、Hochedlinger Konrad
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 15 号: 9 ページ: 732-740
  • DOI: 10.1038/s41592-018-0104-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Cell-Matrix Adhesion Reveals Two Subtypes of Human Pluripotent Stem Cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu, L.; Li, J.; Hong, J.; Takashima, Y.; Fujimoto, N.; Nakajima, M.; Yamamoto, A.; Dong, X.; Dang, Y.; Hou, Y.; Yang, W.; Minami, I.; Okita, K.; Tanaka, M.; Luo, C.; Tang, F.; Chen, Y.; Tang, C.; Kotera, H. & Liu, L.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 142-156
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.06.003
  • NAID: 120006488610
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface markers guide the journey towards naive pluripotency (2017)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis P, Takashima Y
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 20 号: 6 ページ: 237-238
  • DOI: 10.1016/j.stem.2017.05.004
• [雑誌論文] 多能性幹細胞の歴史とヒトナイーブ型多能性幹細胞 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Takashima Y
  • 雑誌名: サイトメトリーリサーチ 巻: 27 号: 1 ページ: 19-24
  • DOI: 10.18947/cytometryresearch.27.1_19
  • NAID: 130006832438
  • ISSN: 0916-6920, 2424-0664
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discrimination of stem cell status after subjecting cynomolgus monkey pluripotent stem cells to naive conversion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Honda A, Kawano Y, Izu H, Choijookhuu N, Honsho K, Nakamura T, Yabuta Y, Yamamoto T, Takashima Y, Hirose M, Sankai T, Hishikawa Y, Ogura A, Saitou M
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 45285-45285
  • DOI: 10.1038/srep45285
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] ナイーブ型iPS細胞の可能性と課題 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] ナイーブ型ヒトiPS細胞研究に関するアップデート (2020)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] ナイーブ型iPS細胞とヒトES/iPS細胞運命制御の基盤を理解する (2020)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] ナイーブ型ヒトiPS細胞研究に関するアップデート (2020)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 日本炎症・再生医学会
  • 招待講演
• [学会発表] ナイーブ型多能性幹細胞を利用したヒト着床期発生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modeling in vitro embryonic development using naive pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第10回日本マーモセット研究大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 着床前から着床期にかけてのヒト・霊長類発生を明らかにする (2019)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第４２回日本分子生物学会年会日本分子生物学会
• [学会発表] ヒトナイーブ型多能性幹細胞とヒト初期発生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘
  • 学会等名: 第17回幹細胞シンポジウム幹細胞シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Establishment of primitive endoderm cells from human pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 大久保巧 高島康弘
  • 学会等名: 第17回幹細胞シンポジウム幹細胞シンポジウム
• [学会発表] Reconstituting primitive haematopoiesis using human naive pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 大久保巧 高島康弘
  • 学会等名: 第４２回日本分子生物学会年会日本分子生物学会
• [学会発表] Challenges to induction of naive-state pluripotent stemcells in non-human primate (2019)
  • 著者名/発表者名: 蝉 克憲, 高島 康弘
  • 学会等名: 第8回マーモセット研究会大会
• [学会発表] ヒトナイーブ型iPS細胞を用いてヒト初期発生を解析する (2018)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 第４１回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 実用化に向けたヒトナイーブ型iPS細胞に関する最新知見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: BioJapan2018
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞の誕生・現在・未来―iPS細胞を若返らせるー (2018)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 日本アンチエイジング歯科学会第13回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Primitive endoderm specification from naive pluripotent stem cells in human (2018)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: From stem cell to human development
  • 国際学会
• [学会発表] Pluripotent stem cells in human and common marmoset (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Takashima
  • 学会等名: Japan Society for marmoset research, International symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒトナイーブ型多能性幹細胞を用いた再生医療研究とヒト初期発生モデル (2018)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: Molecular Diabetology Coference
  • 招待講演
• [学会発表] Diiferentiation competence in human naive pluripotente stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Takashima
  • 学会等名: CiRA 2017 International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒトナイーブ型多能性幹細胞と分化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 第40回 日本分子生物学会(ConBio2017)
  • 招待講演
• [学会発表] 霊長類における初期発生と多能性幹細胞 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 第27回日本サイトメトリー学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] DERIVATION OF COMMON MARMOSET PRIMED ES CELLS UNDER HUMAN PRIMED ES CELL CURTURE CONDITION (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Takashima
  • 学会等名: 15th ISSCR Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ヒトナイーブ型多能性幹細胞 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 第26回日本サイトメトリー学会学術集会
  • 発表場所: 九州
  • 年月日: 2016-07-23
  • 招待講演
• [学会発表] ナイーブ型多能性幹細胞 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高島 康弘
  • 学会等名: 第63回日本実験動物学会総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-05-19
  • 招待講演
• [学会発表] Looking at naive and primed human pluripotent stem cells from the point of view of ageing (2016)
  • 著者名/発表者名: Y Takashima
  • 学会等名: Keystone Symposia
  • 発表場所: Santa Fe, New Mexico, USA
  • 年月日: 2016-05-01
  • 国際学会
• [図書] マーモセットラボマニュアル : はじめての取扱いから研究最前線まで (2018)
  • 著者名/発表者名: 蝉 克憲、島田 亜樹子、高島康弘
  • 総ページ数: 230
  • 出版者: アドスリー
  • ISBN: 4904419782
• [図書] iPS細胞の樹立とあらたな生命科学の開拓 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高島康弘、山中伸弥
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 医学のあゆみ
• [産業財産権] NAIVE HUMAN PSC-DERIVED HYPOBLAST REGULATE THE EPIBLASTTRANSITIONS DURING PERI-IMPLANTATION (2020)
  • 発明者名: 高島 康弘、大久保 巧
  • 権利者名: 高島 康弘、大久保 巧
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 外国
• [産業財産権] ナイーブ型多能性幹細胞からの栄養外胚葉誘導方法 (2019)
  • 発明者名: 高島康弘、伊尾慎吾
  • 権利者名: 高島康弘、伊尾慎吾
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-212446
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 多能性幹細胞からの造血細胞の製造方法 (2019)
  • 発明者名: 高島康弘、大久保巧
  • 権利者名: 高島康弘、大久保巧
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-214919
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] ナイーブ型多能性幹細胞からの原始内胚葉誘導方法 (2018)
  • 発明者名: 高島康弘、大久保 巧、蝉 克憲
  • 権利者名: 高島康弘、大久保 巧、蝉 克憲
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] ナイーブ型多能性幹細胞からの原始内胚葉誘導方法 (2017)
  • 発明者名: 高島康弘 大久保巧 蝉克憲
  • 権利者名: 高島康弘 大久保巧 蝉克憲
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-215115
  • 出願年月日: 2017