器官形成運命の転換による革新的器官誘導の基盤技術の開発

• 研究課題/領域番号: 19H01180
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 辻 孝 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50339131)
• 研究分担者: 池田 悦子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員研究員 (20509012) ; 田中 準一 昭和大学, 歯学部, 講師 (40710166) ; 美島 健二 昭和大学, 歯学部, 教授 (50275343) ; 武尾 真 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (50782116) ; 渡辺 亮 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (60506765) ; 桐田 忠昭 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (70201465) ; 竹内 昌治 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (90343110)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円); 2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2020年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2019年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
• キーワード: 器官発生 / 器官運命決定 / 成体幹細胞 / 器官再生 / ダイレクトリプログラミング / 器官運命決定メカニズム

研究開始時の研究の概要

本研究グループは、世界に先駆けて器官発生過程を再現することにより胎児性幹細胞からの器官原基、並びに多能性幹細胞からのオルガノイドにより複数の機能的な器官、並びに器官系の再生を示し、器官再生医療の実現可能性を実証した。本研究課題では、器官形成運命の転換による革新的器官誘導の概念を実証すると共に、その基盤技術開発を目指している。その基盤研究として、1. 器官運命決定メカニズムの解明、2. 成体幹細胞のDirect Reprogrammingによる多様な器官再生誘導の実証、3. Direct Reprogramming Organogenesisによる新規器官再生方法の概念実証を推進する。

研究成果の概要

本研究課題では、器官運命決定メカニズムの解明と、器官運命転換によって多様な器官を再生するDirect reprograming organogenesisの実証を目的に、マウス顎下腺、臼歯、体毛毛包の器官運命決定に関わる候補転写因子を同定した。また、唾液腺誘導因子（Sox9, Foxc1）による成体毛包幹細胞の運命転換を試みたが、成体幹細胞の運命転換には至らなかった。一方、唾液腺誘導因子の強制発現により、胎児および新生児の口腔粘膜、および胎児皮膚組織から唾液腺原基の誘導と、同所性移植による機能的唾液腺再生が可能であった。以上の結果から、器官運命転換による器官再生の原理検証がなされた

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果により、外胚葉性器官の運命決定に関わる分子メカニズムの一端が明らかとなった。さらに、器官発生運命を人為的に制御することによって本来の発生時期、発生場所に縛られずに、器官形成を誘導することが可能であることが示された。これらの結果は、発生学の長年の問題である器官運命決定メカニズムの解明につながるとともに、これまで胎児期の器官誘導能のある幹細胞や多能性幹細胞でしかなしえなかった器官再生に新機軸を開拓する革新的概念の確立とその応用に大きなブレークスルーをもたらし、学術のみならず応用面においても革新的基盤技術となることが期待される。