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2017 年度 実施状況報告書

チンパンジーiPS細胞を用いた神経発生の「ヒト化」責任遺伝子の機能的同定

研究課題

研究課題/領域番号 16K07533
研究機関京都大学

研究代表者

今村 公紀  京都大学, 霊長類研究所, 助教 (80567743)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードiPS細胞 / 神経発生 / ヒト進化 / チンパンジー
研究実績の概要

平成28年度までの研究成果として、クオリティの高いチンパンジーiPS細胞株の選別とニューロスフェア(NS)形成培養による神経幹細胞およびニューロンへの分化誘導と維持を達成していた。そこで平成29年度には、iPS細胞から神経幹細胞へと至る分化過程に注目し、初期神経発生動態の分子基盤の解明を試みた。
申請者が利用しているNS形成培養では、培養開始から1週間でiPS細胞から神経幹細胞へと分化する。そこで、その過程における神経発生関連の遺伝子発現変化を継時的(Day 0, 1, 3, 5, 7)に解析したところ、iPS細胞(Day 0)から後期前方エピブラスト(Day 1)、神経版神経上皮細胞(Day 3)、神経管神経上皮(Day 5)、脳胞ラジアルグリア(Day 7)へと段階的に分化していくことが示唆された。さらに、各NSにおけるニューロン分化能についても解析したところ、Day 1 NSではまだ神経系譜へと完全にコミットメントしておらず中胚葉系の細胞の分化が認められるのに対し、Day 3、5では神経系譜へと完全にコミットメントしているもののニューロン分化能は限定的で、Day 7においてニューロン分化能が獲得されることが明らかとなり、遺伝子発現と分化能獲得の変遷の一致が示された。
上記の初期神経発生動態についてより詳細に解析するために、共同研究を介してトランスクリプトームやエピゲノムの解析に着手している。また、チンパンジーiPS細胞と同じプロトコールを用い、ヒトやニホンザルiPS細胞のNS誘導も試みている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

申請者が確立したチンパンジーiPS細胞のNS誘導系を基に、初期神経発生動態について網羅的解析を含む詳細解析に着手することができた。また、種間比較に向けたヒト、ニホンザルiPS細胞の分化誘導も並行して進んでいることに加え、共同研究を介してヒト特異的な新規遺伝子の絞り込みも行っている。これらのことから、順当に研究計画を進めることができていると判断する。

今後の研究の推進方策

引き続きチンパンジーiPS細胞の初期神経発生動態について、トランスクリプトームやエピゲノムなどの網羅的解析を実施する。並行して、ヒトおよびニホンザルiPS細胞のNS誘導系を確立し、同様にトランスクリプトーム・エピゲノム解析を行う。これらの網羅的データを用いて種間比較解析を行い、種特有の(とりわけヒト特異的な)遺伝子発現・エピゲノムマークを特定する。
上記解析を通じて特定したヒト特異的な発現・エピジェネティック特性を示す遺伝子や、既に共同研究を通じて特定しているヒト特異的な遺伝子に関して、ヒト・チンパンジー・ニホンザルのiPS細胞への強制発現・ノックダウン・ゲノム編集を行い、各遺伝子の機能解析と表現型への影響について検証する。
また、NS誘導による初期神経発生動態に加え、脳オルガノイド誘導系による組織形成レベルでの解析を行う。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Ludwig Maximilians University Munich(Germany)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Ludwig Maximilians University Munich
  • [雑誌論文] Co-Opted Megasatellite DNA Drives Evolution of Secondary Night Vision in Azara’s OwlMonkey2017

    • 著者名/発表者名
      1)Koga A, Tanabe H, Hirai Y, Imai H, Imamura M, Oishi T, Stanyon R, Hirai H
    • 雑誌名

      Genome Biology and Evolution

      巻: 9 ページ: 1963-1970

    • DOI

      10.1093/gbe/evx142

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Evolutional Developmental Biology with Primate Stem Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Masanori Imamura
    • 学会等名
      International symposium on Genomics and Cell Biology of Primates
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヒトの脳進化を駆動する分子基盤に迫る!-ヒト/チンパンジーiPS細胞を用いた神経発生動態の比較解析-2018

    • 著者名/発表者名
      仲井理沙子, 北島龍之介, 馬場庸平, 平井啓久, 今井啓雄, 岡野栄之, 今村公紀
    • 学会等名
      第7回超異分野学会
  • [学会発表] チンパンジーiPS細胞を用いた神経幹細胞の分化誘導と発生動態の解明2018

    • 著者名/発表者名
      仲井理沙子, 北島龍之介, 馬場庸平, 平井啓久, 今井啓雄, 岡野栄之, 今村公紀
    • 学会等名
      第62回プリマーテス研究会
  • [学会発表] チンパンジーiPS細胞を用いた神経幹細胞の分化誘導と発生動態の解明2017

    • 著者名/発表者名
      仲井理沙子, 北島龍之介, 馬場庸平, 平井啓久, 今井啓雄, 岡野栄之, 今村公紀
    • 学会等名
      2017年度生命科学系学会合同年次大会
  • [学会発表] ニホンザルiP細胞の作製2017

    • 著者名/発表者名
      黒木康太、大貫茉里、北島龍之介、仲井理沙子、平井啓久、今井啓雄、中川誠人、今村公紀
    • 学会等名
      Cryopreservation Conference 2017
  • [学会発表] 霊長類iPS細胞を用いたヒトの進化発生生物学2017

    • 著者名/発表者名
      今村公紀
    • 学会等名
      第89回日本遺伝学会
    • 招待講演
  • [学会発表] チンパンジーiPS細胞を用いた神経幹細胞の分化誘導と発生動態の解明2017

    • 著者名/発表者名
      仲井理沙子, 北島龍之介, 平井啓久, 今井啓雄, 岡野栄之, 今村公紀
    • 学会等名
      日本遺伝学会第89回大会
  • [学会発表] チンパンジーiPS細胞を用いた神経幹細胞の分化誘導と発生動態の解明2017

    • 著者名/発表者名
      仲井理沙子, 北島龍之介, 馬場庸平, 平井啓久, 今井啓雄, 岡野栄之, 今村公紀
    • 学会等名
      日本進化学会第19回大会
  • [学会発表] 霊長類生殖細胞の発育生物学とiPS細胞を用いたヒトの進化生物学/進化医学2017

    • 著者名/発表者名
      今村公紀
    • 学会等名
      金沢大学自然システム学類生物学コース講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Evolutional Developmental Biology and Medicine with Primate Stem Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Masanori Imamura
    • 学会等名
      総合研究大学院大学先導科学研究科2017年度先導科学考究
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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