Naka lab

CiRA, Kyoto Univ.

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研究テーマ

iPS細胞におけるMycの機能解析

MycはiPS細胞の誘導時に大きな役割を果たしていることは明らかである。しかしながら、Mycがどのようなメカニズムで機能を発揮しているのか分かっていない。

体細胞が初期化されiPS細胞に変わるときには、細胞内で非常にダイナミックな遺伝子発現の変化が起こっている。多くの研究グループからiPS細胞化(初期化)に関わる遺伝子発現の解析(マイクロアレイなど)が報告されている。Sox2,Oct3/4,Klf4と共にMycが協調してこの変化を起こしていると考えられる。これら因子が体細胞で発現すると一緒に働く結合蛋白質と複合体を形成することが重要であると考えられる。その複合体が標的遺伝子の発現を制御(上昇機能と減少機能)し始めることが初期化の第一歩と考えられる。そのきっかけから細胞内の遺伝子発現が大きく変動しiPS細胞になっていくと考えられる。iPS細胞化には細胞形態・細胞周期・細胞増殖・細胞接着など様々な細胞の変化が関与していると考えられる。

Myc遺伝子は細胞内の染色体DNAの多くの場所(=いろいろな遺伝子の発現制御を行うための場所)に結合することが分かっていることから、iPS細胞化に関わる遺伝子の変動に大きく関わっていることは明らかである。しかしながら、Mycがどのようにして(=どんな結合蛋白質と一緒に、どんな遺伝子の発現を制御しているのか)iPS細胞化において機能しているのかよく分かっていない。

この命題に答えるために、c-MycやL-Myc、およびそれらの変異体を用いた解析を進めている。MycがDNAに結合できない変異体や、活性が低下している変異体などが知られている。実際にMycのいくつかの変異体を用いた場合にiPS細胞を誘導する能力に差が出ている。そして、それぞれを用いた場合の遺伝子発現の変動解析(マイクロアレイ、定量PCR、など)やプロテオミクス技術を活用した解析も進めている。iPS細胞に関わるMycの機能と関連因子の同定を進め、包括的にメカニズムの解明を進める。多面的解析からiPS細胞におけるMycの機能の本質を明らかにしたいと考えている


プロテオミクスによるiPS細胞研究

iPS細胞に関わらず、細胞内ではゲノムから転写された遺伝子情報を元に蛋白質が生産されている。この蛋白質こそ細胞内で機能する本体である(最近はRNAも機能体として働くことが知られている)。遺伝子情報は実験的に扱いやすく、解析手法の発展も非常に早く、多くの知見が蓄積されてきている。一方蛋白質は遺伝子に比べると扱いにくく解析するにも手間がかかるのが実際である。しかし、前述のとおり細胞内で機能する本体は蛋白質であることから、この「蛋白質」を解析することがiPS細胞の研究にも重要と考え当グループでは質量分析技術を用いて蛋白質の解析を進めています。

プロテオミクスProteomicsとは、蛋白質Proteinと網羅的解析学Omicsを組み合わせた生物研究分野である。つまり、細胞内などで発現している蛋白質を網羅的に解析しようということである。これには質量分析技術が必要である。最近の技術開発によりより多くの蛋白質を同定できるようになってきている。

蛋白質は大抵の場合仲間と一緒になって働くことが知られている。蛋白質がいくつか集まって複合体を形成し、一人ではできないような機能を発揮することが可能となっている。こういった複合体解析もプロテオミクスのひとつである。

当グループではiPS細胞で特異的に発現・機能する新規蛋白質を同定し、iPS細胞の機能解明および初期化メカニズムの解明を進めていく。
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基礎研究および臨床応用の発展を目指したiPS細胞の樹立・維持培養法の開発

2014年始めにフィーダーフリーでのヒトiPS細胞の樹立およびヒトES/iPS細胞の維持培養方法の開発を報告した。我々の発表の以前に多くのグループからフィーダーフリーでの培養方法の報告はあったが、本当に臨床応用可能なシステムはなかった。そこで我々はいくつかの共同研究を通して臨床可能な培養システムの開発を進めてきた。ポイントは国内のガイドラインに適合する培地やコーティング剤の開発であった。味の素との共同研究でStemFitという動物由来成分を含まない培地を開発した。コーティング剤については大阪大学・蛋白質研究所の関口教授およびニッピと共同でラミニンフラグメント(iMatrix-511)を製品化することができた。この2つのモノを使うことで非常に効率良く、安定してヒトES/iPS細胞の維持培養が可能となった。

今後は以下の点についてこの培養家の改良を進めていく。

  • より高性能な培地、コーティング剤の探索と開発
  • より効率の良い樹立方法の開発(初期化因子の導入方法、低分子化合物の導入、など)
  • より安価なシステムの開発

当グループでは、生化学・分子生物学・細胞生物学など様々な技術を用いた基礎生物学的なアプローチで研究を行っています。そして、基礎研究を極めることでiPS細胞の応用を推し進めていきたいと考えています。


 

上記以外にも他研究機関の方々と様々な共同研究を進めています。多くの方々のご意見・ご協力をいただきながら、iPS細胞の新たな性質や、iPS細胞技術の新たな展開を探っています。