ヒトES細胞の分化過程における転写因子ネットワークの解明と新規分化誘導因子の同定

• 研究課題/領域番号: 17K15129
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 秋山 智彦 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (20570691)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ES細胞 / 細胞分化 / 転写制御 / クロマチン / 骨格筋分化 / 神経分化 / ATACシーケンス / オープンクロマチン / 転写因子 / シスエレメント / 転写因子ネットワーク

研究成果の概要

転写因子導入によるヒトES細胞の分化誘導を制御するオープンクロマチンを同定するためにATACシーケンス法を行った。MYOD1導入による骨格筋分化およびNGN2導入による神経分化の解析を行い、それぞれに特異的に存在するオープンクロマチン領域を数千箇所同定した。さらに発生過程や成体の細胞において元来MYOD1やNGN2が結合するオープンクロマチン領域以外に、ES細胞に導入した際に特異的に出現するオープンクロマチン領域が存在することを明らかになった。これら2タイプのオープンクロマチン領域により制御される近傍遺伝子が協調して働くことによって、ダイレクトな細胞性質変換が可能になると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究のオープンクロマチン解析では、転写因子ネットワークの変化を詳細に解析することが可能である。個々の転写因子の抗体を用いてゲノム上の転写因子結合サイトを同定する実験では、1500個の転写因子のネットワークを体系的に捉えることができない。オープンクロマチンを調べることにより、細胞分化過程におけるゲノム上の「転写因子結合マップ」を作成することができる。そのため、転写因子ネットワークの全体像が明らかとなり、「幹細胞」と「分化細胞」の違いを生み出す分子基盤を理解できると考えられる。また、新規分化誘導因子が明らかになれば、ES細胞を自在に分化誘導できる革新的技術の開発も期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Induced Pluripotent Stem Cells Reprogrammed with Three Inhibitors Show Accelerated Differentiation Potentials with High Levels of 2-Cell Stage Marker Expression (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishihara Koji、Shiga Takahiro、Nakamura Eri、Akiyama Tomohiko、Sasaki Takashi、Suzuki Sadafumi、Ko Minoru S.H.、Tada Norihiro、Okano Hideyuki、Akamatsu Wado
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 12 号: 2 ページ: 305-318
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.12.018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of human pluripotent stem cells into kidney tissues by synthetic mRNAs encoding transcription factors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiratsuka K, Monkawa T, Akiyama T, Nakatake Y, Oda M, Goparaju SK, Kimura H, Chikazawa-Nohtomi N, Sato S, Ishiguro K, Yamaguchi S, Suzuki S, Morizane R, Ko SBH, Itoh H, Ko MSH
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 9 号: 1 ページ: 913-913
  • DOI: 10.1038/s41598-018-37485-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of a rapid and footprint-free protocol for differentiation of human embryonic stem cells into pancreatic endocrine cells with synthetic mRNAs encoding transcription factors (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida H., Akiyama T., Ishiguro K., Goparaju SK., Nakatake Y., Chikazawa-Nohtomi N., Sato S., Kimura H., Yokoyama Y., Nagino M., Ko MSH., Ko SBH.
  • 雑誌名: Stem Cell Res Ther. 巻: 9, 277 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/s13287-018-1038-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient differentiation of human pluripotent stem cells into skeletal muscle cells by combining RNA-based MYOD1-expression and POU5F1-silencing. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiyama T, Sato S, Chikazawa-Nohtomi N, Soma A, Kimura H, Wakabayashi S, Ko SBH, Ko MSH.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 1189-1189
  • DOI: 10.1038/s41598-017-19114-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenetic manipulation facilitates the generation of skeletal muscle cells from pluripotent stem cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Akiyama, Shunichi Wakabayashi, Atsumi Soma, Saeko Sato, Yuhki Nakatake, Mayumi Oda, Miyako Murakami, Miki Sakota, Nana Chikazawa-Nohtomi, Shigeru B. H. Ko, Minoru S. H. Ko
  • 雑誌名: Stem Cell International. 巻: 2017 ページ: 7215010-7215010
  • DOI: 10.1155/2017/7215010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マスター転写因子とヒストン脱メチル化酵素の関連性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山智彦
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] ２つのヒストン脱メチル化酵素により制御される転写調節機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山智彦
  • 学会等名: 熊本大学発生医学研究所第348回発生研セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Transcriptome Manipulation to Facilitate the Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山 智彦
  • 学会等名: 幹細胞シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトES細胞の直接分化誘導に関わるaccessible chromatin構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋山 智彦
  • 学会等名: 次世代生命科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトES細胞-骨格筋変換に関わるaccessible chromatin構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋山 智彦
  • 学会等名: エピジェネティクス研究会
• [学会発表] Accelerated differentiation of human pluripotent stem cells by ectopic expression of histone demethylase (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Akiyama
  • 学会等名: 日本発生生物学会
  • 招待講演