【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】20790230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胚性幹細胞 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / ES細胞 / 神経幹細胞 / アストロサイ

【研究成果の概要】

マウス中枢神経系発生においてはニューロンがまず産生されたのちにグリア細胞が産生され、この過程においてDNA脱メチル化を伴うエピジェネティックな遺伝子発現修飾機構が重要であると考えられている。本研究ではこの過程を制御する中心的な役割を維持型メチル化酵素であるDnmt1が担っていることが明らかとなった。発生過程においては特にレチノイン酸を介したシグナル伝達機構がDnmt1の局在を変容させ、アストロサイト特異的遺伝子群のプロモーターの脱メチル化を制御することが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】18659220 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核移植 / クローン / ES細胞 / 再生医学 / 循環器疾患 / エピジェネティクス / リプログラミング

【研究成果の概要】

本研究では、血管細胞由来のクローン胚からES細胞を樹立し、この体細胞核由来ES細胞(ntES細胞)の未分化性や分化特性について検討した。また、ntES細胞確立の機序に関連し、初期胚におけるエピジェネティック制御に関して、DNA維持メチル化機構を中心に研究を行った。
1.マウスES細胞から血管内皮細胞に分化する細胞系列の各段階をドナー細胞として用いることにより、分化の進行初期の段階で核移植後の桑実胚/胚盤胞発生率が低下すること、分化に伴う核移植後のリプログラミング感受性低下がOct4プロモーター領域のヒストン修飾と相関することを見いだした。しかし、血管内皮細胞核に由来するntES細胞においては、特に血管内皮細胞への分化嗜好性を示すという傾向は見られず、核移植前の細胞特性の記憶がntES細胞において維持されている証拠は得られなかった。
2.血管病のクローン治療モデル確立の予備実験として、血管新生やリモデリングに異常をきたすアドレノメデュリン(AM)遺伝子欠損マウス胚からのES細胞樹立を行い、分化特性を検討した。その性質は正常胚由来のES細胞と大きな差はなく、内皮細胞分化や血管網様構造の形成などについても有意な差は見られなかった。
3.初期胚におけるエピジェネティック制御に関し、これまでメカニズムが明らかにされていなかった胚盤胞形成に至るまでの着床前胚でのDNA維持メチル化が、従来考えられていた細胞質に存在する卵細胞型DNAメチル化転移酵素(DNMTlo)よりも、むしろ周期的に核に出現する体細胞型アイソフォーム(DNMTls)によって制御されていることを明らかにした。
iPS細胞の出現により、核移植によるクローン治療の価値は下がり、新しい体細胞リプログラミング研究が重要となった。これにより、本研究の今後の方向はリプログラミングの機序などの基盤研究へと展開するのが妥当と考えられた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】16380226 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / TS細胞 / ES細胞 / エピジェネティクス / ヒストン修飾 / 胎盤 / EG細胞 / 成体幹細胞

【研究成果の概要】

本研究では、胚性幹細胞(ES細胞)、栄養膜幹細胞(TS細胞)および胚性生殖幹細胞(EG細胞)といったマウス初期胚由来幹細胞などのDNAメチル化パターン解析から、各種幹細胞に普遍的な、あるいは、それぞれを特徴づけるエピジェネティック機構を明らかにすることを目的とした。RLGS法により得ていた各幹細胞のDNAメチル化プロファイルと、コンピユータ上でRLGSを擬似的に行って得られるバーチャルRLGS像との比較解析により各幹細胞間でメチル化状態の異なる領域の候補となるゲノム部位データベースを得、さらにこのデータベースに基づき、各幹細胞で互いにメチル化状態の異なるメチル化可変部位(T-DMR)を複数同定した。これらのうち、TS細胞では高度にメチル化されているが、他の幹細胞、および、成体組織ではほとんどメチル化されていないゲノム領域の1つであるPRISMタンパク質をコードする遺伝子に注目し、そのエピジェネティック制御に関する解析を進めた。本領域が低メチル化状態にあるES細胞においてもPRISMはほとんど発現していなかったが、TS・ES細胞のいずれでもピストン脱アセチル化酵素阻害剤であるトリコスタチンA処理によってPRISM遺伝子の発現が誘導された。未分化幹細胞ではヒストンアセチル化修飾によりPRISM遺伝子の発現を抑制する機構が働いているようである。さらに本研究では、DNAメチル化酵素の1つをコードするDnmt1遺伝子座の調節領域もまたDNAメチル化による制御を受け、その領域のメチル化が初期胚発生過程では各発生段階特異的なパターンを形成していることを明らかにするとともに、TS細胞の分化に伴って発現が誘導されるDdah2遺伝子のエンハンサー領域のDNAメチル化が、未分化状態における発現抑制に重要であることも明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)

【研究分野】基礎獣医学・基礎畜産学

【研究領域課題番号】15208027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / エピジェネティクス / 脂肪細胞分化 / ES細胞 / ジメチルスルホキシド / DNAメチル基転移酵素 / エピジェネティックス / Dnmt / 肝臓 / 脂肪細胞 / パイロシークエンス法

【研究成果の概要】

DNAメチル化はエピジェネティクス系の主要な要因である。組織・細胞特異的にメチル化状態の異なる領域(T-DMR)が哺乳類のゲノムDNAに多く存在し、それらのメチル化・非メチル化の組み合わせによる、細胞の種類に特有のDNAメチル化プロファイルが形成されている。本研究では特定の毒物などで誘導されるメチル化異常ゲノム領域を決定し、DNAメチル化プロファイル異常と病態との対応を目指した。in vitroモデル系の1つとして脂肪前駆細胞の分化前後でのメチル化変化を解析し、分化に伴いメチル化が変化するT-DMRを複数同定した。これらのメチル化状態変化には一過的な上昇あるいは減少といった変化パターンも示し、細胞の分化が従来考えられていたよりも遥かに柔軟であることが判明した。また、外来因子によって誘引される種々の病態に関する報告を重ねるとともに、ジメチルスルホキシド(DMSO)のDNAメチル化に対する影響を検討することで、マウス胚性幹細胞(ES細胞)の浮遊培養で形成される胚様体において、DMSOがゲノムDNAのメチル化異常を引き起こすことも明らかにした。DMSOはDNAメチル基転移酵素(Dnmt)の1つ、Dnmt3aの発現も特異的に促進した。Dnmt3aはがんの発生との関係も示唆されている。DMSOがエピジェネティック因子の発現にまで影響を与えることが明らかになったことで、化学物質の毒性評価などにおいて、エピジェネティクス異常の解析が必要であることが示された。さらに、過形成を示すクローンマウス胎盤で異常なメチル化を呈する遺伝子座の同定に成功し、DNAメチル化異常と病態との関連を示唆する1例を示すとともに、DNAメチル化パターンの維持にはDnmt3aおよびDnmt3bもまた必要であることや、Dnmt遺伝子もまたDNAメチル化による制御を受けていることをそれぞれ発見し報告した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】51,480千円 (直接経費: 39,600千円、間接経費: 11,880千円)