升井伸治 iPS細胞研究所（CiRA）講師、北澤耕司 京都府立医科大学助教らの研究グループは、タンパク質「OVOL2」が角膜を守る役割にあたる角膜上皮を機能的に維持していることを発見しました。今回の研究成果により、難治性の角膜疾患に対して、iPS細胞からの分化誘導の高効率化につながることが強く期待されます。
本研究成果は、米国東部時間2016年4月28日正午に米国科学雑誌「Cell Reports」のオンライン電子版で公開されました。
研究者からのコメント
左から升井講師、北澤助教
OVOL2 は、角膜上皮のバリア機能を含めた上皮性を維持している事を明らかにしました。また、神経外胚葉由来細胞と表層外胚葉由来細胞とが、間葉遺伝子と上皮遺伝子の間にみられる相互抑制的なはたらきによって隔てられている示唆が得られました。一般に、異なる種類の細胞の間において、上皮遺伝子と間葉遺伝子のような相互抑制的な遺伝子が、他にも存在する可能性が考えられます。
本研究成果のポイント
- OVOL2がヒト角膜上皮の上皮性維持に関与していることを発見
- OVOL2は線維芽細胞から角膜上皮細胞への分化転換に寄与
- OVOL2は角膜上皮細胞の上皮性を維持している。
- 外胚葉からの神経系列と皮膚系列の分化に上皮間葉転換メカニズムが関与
概要
我々人類は外界からの情報の80%を目から得ており、視覚機能の維持は必須の課題であります。視覚を維持するには光の取り込み口にある角膜が透明であることが必要不可欠であり、角膜が混濁すると視力低下をきたし失明にいたります。角膜の治療をはじめ、さまざまな疾患で再生医療の研究が進む中、特定の細胞を適切に胚から誘導する技術が必要となってきていますが、角膜上皮の細胞分化がどのように規定されるかはこれまで明らかではありませんでした。
胚が発生する過程では、外胚葉は神経外胚葉と表層外胚葉に分かれ、後者から角膜は作られます。神経外胚葉由来の神経細胞と表層外胚葉由来の角膜上皮細胞はどちらも同じ転写因子が働いていることが知られており、遺伝子発現上は似た細胞といえます。これらの細胞を分けるメカニズムを明らかにできれば、iPS細胞などから角膜上皮細胞を作出する技術開発に貢献できると考えられます。
本研究グループは細胞の初期化を阻害するタンパク質が、細胞の分化の方向性を決める重要な因子であることを発見しており、この発見を元にしたiPS干渉法という手法を使って、角膜上皮としての性質を決定づける分子として、OVOL2を含む六つの転写因子セットに絞り込みました。そして、OVOL2を含む六つの転写因子セットを皮膚線維芽細胞に導入すると、およそ2週間で角膜上皮様の細胞が誘導されました。
次に、角膜上皮細胞においてOVOL2をノックダウン（標的遺伝子の発現レベルを抑制）すると、角膜上皮の重要な機能の一つである異物の侵入をブロックするバリア機能が大きく低下しました。これはOVOL2が角膜上皮細胞の中で上皮としての役割を司っていることを意味しています。また、この際に神経系列の間葉遺伝子と上皮遺伝子の発現を示しました。このような遺伝子発現の変化は、発生段階で上皮細胞が間葉系細胞へと変化する現象である、上皮間葉転換においても見られる現象です。このことは、OVOL2が上皮間葉転換メカニズムを介して角膜上皮細胞を維持していることを示しています。
一般に、異なる種類の細胞の間において、上皮遺伝子と間葉遺伝子のような相互抑制的な遺伝子が、他にも存在する可能性が考えられます。このように分化に必要な転写因子セットが解明されることにより、さまざまな細胞への分化転換を可能とするメカニズムの解明へつながることが期待されます。
図：OVOL2は上皮間葉転換の抑制を介して角膜上皮細胞を維持する
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.04.020
【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/210501
Koji Kitazawa, Takafusa Hikichi, Takahiro Nakamura, Kanae Mitsunaga, Azusa Tanaka, Masahiro Nakamura, Tatsuya Yamakawa, Shiori Furukawa, Mieko Takasaka, Naoki Goshima, Akira Watanabe, Keisuke Okita, Satoshi Kawasaki, Morio Ueno, Shigeru Kinoshita, Shinji Masui. (2016). OVOL2 Maintains the Transcriptional Program of Human Corneal Epithelium by Suppressing Epithelial-to-Mesenchymal Transition. Cell Reports, 15.
- 京都新聞（4月29日 25面） に掲載されました。
