ヒトの体細胞は原条の細胞に似た状態を経て初期化される-初期化メカニズムの一端を解明-

2014.04.24

 高橋和利 iPS細胞研究所(CiRA)講師、山中伸弥 同教授、田邊剛士 スタンフォード大学研究員(元CiRA)らの研究グループは、ヒトの体細胞は原条の細胞に似た状態を経て初期化されることを明らかにしました。

 本研究成果は、2014年4月24日18時(日本時間)に「Nature Communications」で公開されます。

ポイント

  • 初期化途中の細胞を純化し、ノイズの少ない解析を可能にした。
  • 初期化途中の細胞では原条で働く遺伝子が一過的に発現していた。
  • 原条形成に関わるFOXH1が初期化を促進することを見出した。

概要

 哺乳類の胚発生過程において多能性細胞(エピブラスト)は、原条(primitive streak)と呼ばれる構造を通過し、そこから内胚葉や中胚葉へと分化していくことが知られています。一方でiPS細胞は体細胞に少数の転写因子(例えばOCT3/4, SOX2, KLF4 と c-MYC; OSKM)を用いることで、分化多能性を再獲得した細胞ですが、その過程については十分に解明されていません。iPS細胞をつくるさまざまな方法が報告されていますが、OSKMのみでiPS細胞を作る場合の効率はとても低いものであり、何か初期化を阻害する物がある、あるいは初期化を効率よく進めるためには、まだ知られていないイベントが必要であると考えられます。高橋講師らの研究グループは、これまでにiPS細胞へと初期化される過程には二段階あり、多くの細胞は一段階目までは進むが、その後の成熟化の過程に進んでiPS細胞に至る細胞が少ないことを明らかにしています。

 今回の研究では、ヒト細胞の初期化途中(後半)で、細胞が原条の主要な構成要素である中内胚葉のマーカー遺伝子を強く発現していることを見出しました。また、研究グループは初期発生段階で原条形成に関わるFOXH1というタンパク質が、ヒト線維芽細胞の初期化を促進することを見出しました。これらの結果から、ヒト体細胞が初期化される過程では分化課程の通り道である原条の細胞に似た状態を一時的に経ていると考えられます。

図:初期化途中の細胞はPSMNに似ている  初期化途中の細胞でマイクロアレイを行い、PCA(主成分分析)により各細胞の位置をプロットした。途中(d20付近)でPSMNに近い状態を経て、iPS細胞になることがわかる。
図:初期化途中の細胞はPSMNに似ている 初期化途中の細胞でマイクロアレイを行い、PCA(主成分分析)により各細胞の位置をプロットした。途中(d20付近)でPSMNに近い状態を経て、iPS細胞になることがわかる。

研究者からのコメント

高橋講師

 今回使用した、細胞表面の抗原(タンパク質)であるTRA-1-60を目印として、初期化の途中にある細胞を捕まえる戦略により、初期化途中の細胞がPSMNと似た状態を経ることを明らかにしました。このPSMNに似た状態が次第に変化して、iPS細胞へとさらに初期化されます。これまでの研究成果から、ヒトの初期化プロセスは私たちが思う以上に時間がかかっていることがわかっています。さらに初期化過程の研究を進めることで、iPS細胞のより強固な樹立を可能にすることができると考えられます。

詳しい研究内容について

書誌情報

Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Aki Sasaki, Masamichi Yamamoto, Michiko Nakamura, Kenta Sutou,
Kenji Osafune & Shinya Yamanaka
"Induction of pluripotency in human somatic cells via a transient state resembling primitive streak-like mesendoderm"
Nature Communications 5, Article number: 3678 Published 24 April 2014

掲載情報

  • 京都新聞(4月25日 32面)、産経新聞(4月25日 28面)、中日新聞(4月25日 32面)、日刊工業新聞(4月25日 23面)、日本経済新聞(4月29日 15面)、および毎日新聞(4月25日 6面)に掲載されました。