2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24390070
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮園 浩平 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90209908)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 細胞医化学 / ゲノム医化学 / 細胞内シグナル伝達 / 発生医学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス胚性幹細胞（ES細胞）とその細胞より分化したマウス胚盤葉上層幹細胞（EpiSC）様細胞の2種類の細胞を利用し、細胞種依存的に多様な機能を果たすBMPシグナルの詳細な分子機構の解明を目的として研究を行った。
１）すでに得られていたSmad1/5のChIP-seqとRNA-seqのデータから、複数の候補転写因子が得られていた。さらに、これまでに他グループから論文発表されたChIP-seqデータの再解析を行った。その結果、マウスES細胞のゲノム上でSmad1/5と共局在している転写因子として、クルッペル様転写因子（Klf）の一つであるKlf4に注目した。Klfの中でKlf2、Klf4、Klf5はES細胞で特徴的に発現し、EpiSCでは発現が低下することが報告されている。Klf4はSmad1と結合しSmad1の転写調節能を阻害していた。従って、ES細胞ではKlf4がSmad1/5の機能を阻害し、BMP-Smad経路を抑制していることが示唆された。一方、非Smad経路と呼ばれTGF-β/BMPにより活性化されるキナーゼに関しても低分子阻害薬を用いたスクリーニングを行い、MEK5-ERK5経路がBMPの下流で幹細胞の自己複製に関係することを見出した。
２）ES細胞でRNA-seqデータを解析する過程で、長鎖非コードRNAの発現量の評価が可能になった。EMTのモデル系として確立されたNMuMG細胞でも同様の解析を行い、新規長鎖非コードRNAとしてlncRNA-Smad7を同定した。lncRNA-Smad7はマウスSmad7遺伝子座の近傍に位置しTGF-βで発現誘導を受けた。lncRNA-Smad7はTGF-βによる抗アポトーシス作用を抑制した。
３）がん細胞やがん幹細胞におけるBMPシグナル異常の解析の結果、脳腫瘍幹細胞ではBMPシグナルが分化誘導を行うが、その作用は複数の分子によって規定されており、中でもPrrx1が分化誘導に重要な作用があることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ChIP-seq、RNA-seq、プロテオーム解析に関して、データ取得やデータの解析など、当初計画に沿っておおむね順調に研究は進展した。さらに平成２６年度までに他グループから論文発表されたChIP-seqデータの再解析を追加することで、マウスES細胞でSmad1/5と結合し、ゲノム上で共局在している転写因子Klf4を同定した。また、非Smad経路の解析も追加することで、ES細胞では非Smad経路が中心となっていることを示した。Klf4はEpiSC様細胞で発現が低下しており、ES細胞でのBMP-Smad経路の機能に深く関係していることが示唆された。また脳腫瘍幹細胞におけるBMPシグナルの役割を解析し、当初の予想に反し、複数の分子が脳腫瘍幹細胞の分化によって規定され、それぞれが独自の作用を発揮していることを発見した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ES細胞に関しては、最終的にいくつかの確認実験を行った上で、結果をとりまとめて論文発表する。脳腫瘍幹細胞におけるBMPシグナルの作用は複数の因子が関与することが明らかとなったが、特に重要と思われるPrrx1を中心に次世代シーケンサーを用いつつ、得られた成果を細胞生物学的手法やマウスを用いた動物実験などで検証し、結果をとりまとめ論文発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
がん細胞やがん幹細胞におけるBMPシグナル異常のメカニズム解析を行う過程で、当初の予想に反し、脳腫瘍幹細胞ではBMPシグナルが分化誘導を行うが、その作用は複数の分子によって規定されており、それぞれの分子が独自の役割を有するという興味深い事実が明らかとなった。研究遂行上、これらの分子のや役割を次世代シーケンサーを用いつつ、細胞から個体レベルで詳細に明らかにすることが不可欠であると考えられた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
脳腫瘍の幹細胞などの培養を行い、次世代シーケンサーを用いつつ、得られた成果を細胞生物学的手法やマウスを用いた動物実験などで検証する。
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