斎藤通紀 医学研究科教授、中村友紀 同特定研究員らは、カニクイザル初期胚を用いた単一細胞遺伝子発現解析法により、霊長類初期胚における包括的な分子動態を明らかにしました。それらをマウス、ヒトと比較し、ヒトES／iPS細胞の多能性状態がマウスにおけるナイーブ型（三胚葉系統と生殖細胞への分化能を持つ）とプライム型（生殖細胞への分化能が低い）多能性の中間状態にあることを明らかにしました。
本研究成果は、2016年8月25日午前2時に英国科学誌「Nature」のオンライン速報版で公開されました。
研究者からのコメント
左から、斎藤教授、中村研究員
本研究では、霊長類多能性細胞（エピブラスト）の発生過程における包括的な遺伝子発現を明らかにし、それらと比較解析することで、ヒトES／iPS細胞が着床後１週間程度のエピブラストと類似していることを見出しました。学術的な観点からは、ヒト胚発生学において大きく欠落した知見を補完し、哺乳類種間の発生機構の違いに関する進化学的研究の基盤になると期待されます。応用面では、多能性制御機構の解明、より早期のエピブラストに類似した多能性幹細胞培養技術の開発、より精密な分化制御技術の開発等、ヒト多能性幹細胞を用いた医療や創薬が促進されること、また着床前後の不妊症発症メカニズムの解明などへの貢献が期待されます。
本研究成果のポイント
- サル着床前後胚の遺伝子発現動態を網羅的に解明
- ヒトiPS細胞は着床後約1週間のサル多能性細胞と同等の遺伝子発現を示す。
- 霊長類多能性幹細胞の特性を診断する遺伝子セットを特定
- 霊長類とマウスの発生過程における多能性制御の相違を解明
概要
マウスES細胞は、着床前胚から樹立され広い分化能を持つナイーブ型を示すことが知られています。しかしヒトを含む霊長類ES細胞は、着床前胚から樹立されるにもかかわらず、着床後胚由来のマウスエピブラスト幹細胞に似た形態や挙動を示すことから、生殖細胞分化能は低い、もしくは無いとされるプライム型多能性に限定される可能性が示唆されていました。
近年iPS細胞の開発もあり、多能性幹細胞の医療や創薬への応用が強く期待されていますが、霊長類ES/iPS細胞の多能性状態の実態は、技術的および倫理的観点から霊長類着床後胚の知見が存在せず、未解明のままでした。
本研究では、単一細胞遺伝子発現解析法を用い、カニクイザル着床前後胚の全遺伝子発現解析を行いました。その結果、霊長類では、胚発生初期において三胚葉を形成する原腸陥入を起こしながらも安定して多能性状態を維持することを解明しました。また､これらのデータを用い､サル初期胚発生に特徴的な遺伝子セットを同定しました。この遺伝子セットの発現を調べることで、ヒトiPS細胞は着床後約1週間程度の胚と同等の多能性状態を持ち、原腸陥入前のマウス胚と相同な状態であることが分かりました。さらに、この遺伝子セットは、これまでナイーブ型として報告されてきたヒト細胞の実態を診断するのに有用であることが分かりました。
カニクイザル14日齢の着床後胚。スケールバー 100マイクロメートル
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
http://dx.doi.org/10.1038/nature19096
Tomonori Nakamura, Ikuhiro Okamoto, Kotaro Sasaki, Yukihiro Yabuta, Chizuru Iwatani, Hideaki Tsuchiya, Yasunari Seita, Shinichiro Nakamura, Takuya Yamamoto & Mitinori Saitou. (2016). A developmental coordinate of pluripotency among mice, monkeys and humans. Nature.
- 京都新聞（8月25日 25面）、産経新聞（8月27日 23面）、読売新聞（9月4日 27面）に掲載されました。
