西澤正俊 iPS細胞研究所（CiRA=サイラ）研究員、高折晃史 医学研究科教授、吉田善紀 CiRA准教授らの研究グループは、35のヒトiPS細胞株、四つの胚性幹細胞（ES細胞）株を用いて、それぞれの株の血液細胞へのなりやすさについて、細胞内の遺伝子発現、遺伝子発現が制御される要因となるDNAのメチル化状態、染色体の状態を指標の解析を通じて、細胞のもつ分化能の分子的な機構を明らかにしました。
本研究成果は2016年7月29日午前1時に米科学誌「Cell Stem Cell」で公開されました。
研究者からのコメント
左から西澤研究員、高折教授、吉田准教授
本研究によって、多能性幹細胞株から造血細胞への分化能のばらつきに、これら二つの要因が関係していることが明らかになりました。これにより、体細胞からiPS細胞への初期化のメカニズムの解明に役立つと同時に、医療応用に向けて、適したiPS細胞株を得るための指標になることが期待されます。
本研究成果のポイント
- ヒトiPS細胞やES細胞の発生の初期に働く遺伝子であるIGF2の発現量が多いほど、造血前駆細胞への初期分化能が高い。
- IGF2の発現は、IGF2領域の染色体構造がゆるむと高くなる。
- 血液細胞への成熟能は、初期化の際のDNAメチル化に影響を受ける。
概要
iPS細胞は、様々な細胞へと分化することのできる多能性を持っているため、再生医療や創薬、病態解明への応用が期待されています。しかし、iPS細胞株ごとの分化能を詳細に調べてみると、特定の細胞へのなりやすさに差がみられます。
その原因はいくつか考えられますが、一つ目は、体細胞の時のDNAメチル化状態が初期化後も残っていることにあります。また、二つ目の原因として、体細胞からiPS細胞への初期化の際に生じるDNAメチル化の異常が知られています。三つ目の原因としては、iPS細胞を作製するための体細胞を提供したドナーの遺伝的な差にあると考えられています。原因はいくつも考えられるものの、これまでの研究は、ヒトiPS細胞の株数が少なく、結論を出すには難しい状況でした。
本研究では、15人のドナーから得られたヒト線維芽細胞、血液細胞（臍帯血、末梢血）、歯髄細胞、角化細胞から作製した35株のiPS細胞と4株のES細胞を用いて、多能性幹細胞から造血前駆細胞への初期分化能と、造血前駆細胞から血液細胞への成熟能を解析しました。
その結果、iPS細胞やES細胞のような多能性幹細胞から造血前駆細胞への初期分化には、IGF2遺伝子の発現量が影響することが明らかになりました。一方、造血前駆細胞から血液細胞への成熟能に関しては、体細胞のiPS細胞への初期化の際に起こるDNAメチル化量が影響することが明らかになりました（図）。
図：本研究から明らかになった、細胞株間の分化能のばらつきにおける要因
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.06.019
Masatoshi Nishizawa, Kazuhisa Chonabayashi, Masaki Nomura, Azusa Tanaka, Masahiro Nakamura, Azusa Inagaki, Misato Nishikawa, Ikue Takei, Akiko Oishi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Hidaka Yokota, Michiyo Koyanagi-Aoi, Keisuke Okita, Akira Watanabe, Akifumi Takaori-Kondo, Shinya Yamanaka, Yoshinori Yoshida. (2016). Epigenetic Variation between Human Induced Pluripotent Stem Cell Lines Is an Indicator of Differentiation Capacity. Cell Stem Cell, 19.
- 京都新聞（7月29日 27面）、日刊工業新聞（7月29日 21面）、毎日新聞（8月2日 23面）、読売新聞（8月1日夕刊 16面）に掲載されました。
