八木正樹 iPS細胞研究所（CiRA＝サイラ）博士課程学生、山田泰広 同教授、山本拓也 同特定拠点講師、若山照彦 山梨大学教授らの研究グループは、高品質なマウスES細胞を高効率で作製する方法を同定しました。
本研究成果は、2017年7月27日午前2時に英国の科学誌「Nature」でオンライン公開されました。
研究者からのコメント
左から、山田教授、山本特定拠点講師、八木博士課程学生
今回私たちは、現在汎用されている方法で作られたマウスES細胞の質を、ゲノムインプリンティングという発生に重要な機構に着目して解析しました。まず汎用法で作られたES細胞では、ゲノムインプリンティングの異常により多能性幹細胞の質が低下することを見出しました。また、その異常を克服した高品質のES細胞を従来の汎用法と遜色なく高効率で作製する方法を同定しました。
今後さらなる検証が必要ですが、本方法は高品質な多能性幹細胞の作製や初期発生などに関する基礎研究のツールとして貢献することが期待されます。
本研究成果のポイント
- 多能性幹細胞（ES細胞やiPS細胞）を安定的に作製する方法として、2i法が広く用いられている。
- 2i法で作製したマウスES細胞では、ゲノムインプリント（父親由来あるいは母親由来のどちらかでのみ働くインプリント遺伝子において、もう片方の親に由来する対立遺伝子に「しるし」がつけられ、働かなくなるというしくみ）が消去されている。
- 2i法で作製した雌のマウスES細胞からは、発生過程における異常のため、マウス個体が得られなかった。
- 従来の2i法に代わる、高い発生能力を有するES細胞の作製方法を見出した。
概要
ES細胞（胚性幹細胞）は、受精卵から発生が少し進んだ胚盤胞の中の内部細胞塊の細胞を取り出して培養することにより作製される多能性幹細胞です。代表的な作製方法である2ｉ法を用いることで、高効率で高い多能性をもった均一なES細胞を得ることができますが、その質や安定性についてはさらなる研究が必要です。
本研究では、まず、2i法で作製したマウスES細胞（2i／L ES細胞）のDNAメチル化（DNAの塩基配列の変化を伴わずに、遺伝子発現を制御する機構の一つで、DNA中の特定の配列で炭素原子にメチル基が付加すること）状態を調べました。すると、広範なゲノムでDNA低メチル化が見られ、とりわけ雌の2i／L ES細胞で発生に重要な役割を果たす、父親あるいは母親由来の遺伝子に対するゲノムインプリントが消去されていました。それにより、2i／L ES細胞からは多能性の指標ともなるマウス個体の発生に異常が起き、マウスが生まれないことが分かりました。さらに、本研究グループは2i法に含まれる阻害剤の一つの濃度を低くする、あるいは他種の阻害剤で代替することにより、これらの課題を解決できることを突き止めました。
本研究成果は高品質なマウス多能性幹細胞、さらにはヒト多能性幹細胞の作製・維持に応用できると考えられます。その技術を利用することで、再生医療やほ乳類の初期発生に関する基礎研究に貢献できると期待されます。
図：本研究でのマウスES細胞の作製方法
マウスを交配させて雌雄複数の胚盤胞を得、それぞれの内部細胞塊からES細胞を作製した。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1038/nature23286
Masaki Yagi, Satoshi Kishigami, Akito Tanaka,Katsunori Semi, Eiji Mizutani, Sayaka Wakayama, Teruhiko Wakayama, Takuya Yamamoto & Yasuhiro Yamada (2017). Derivation of ground-state female ES cells maintaining gamete-derived DNA methylation. Nature.
- 京都新聞（7月27日 27面）、日刊工業新聞（7月27日 23面）に掲載されました。
