影山龍一郎教授、神経幹細胞の自己複製および分化決定メカニズムの解明と、その操作に成功 ：再生医療研究への貢献に期待

2013年11月1日

　影山龍一郎 ウイルス研究所教授／物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）教授、今吉格 ウイルス研究所特定准教授（白眉センター所属）、磯村彰宏 同研究員らの研究グループは、神経幹細胞の多分化能と細胞分化制御において、分化運命決定因子が周期的に発現していることが重要であることを発見しました。この知見をもとに、マウスの神経幹細胞の増殖と神経細胞への分化を、光照射にて人工的に制御する技術を開発しました。

　神経幹細胞は、自己複製を行うことができ、かつ脳を構成する主要な3種類の細胞であるニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトを生み出す多分化能を持ちます。神経幹細胞の自己複製と細胞分化制御機構の解明は、脳神経系の発生機構の解明に繋がるだけでなく、脳損傷や神経変性疾患に対する再生医療の実現に向けた基盤的知識になります。しかし、自己複製能（分化することなく、自分のコピーを作ることができる）と、多分化能（さまざまな細胞に分化できる）というまったく異なる能力をどのようなメカニズムで神経幹細胞は保持しているのかは不明でした。また、神経幹細胞が細胞分化を行う際に、ニューロン、アストロサイト、およびオリゴデンドロサイトという3種類の選択肢の中から、どのように一つの選択肢を選んで分化していく（細胞分化運命決定）のかについてもよくわかっていませんでした。

　　神経幹細胞に青色光照射を行い、Ascl1の3時間周期の発現振動を誘導したところ、細胞増殖（自己複製）が促進されました。一方、Ascl1の蓄積を誘導したところ、ニューロン分化が誘導されました。すなわち、従来用いられてきた外来性のたんぱく質や化合物を投与することなく、青色光の照射パターンを変えるだけで、神経幹細胞の増殖やニューロン分化を自在にコントロール可能な技術開発に成功しました。この技術は、今後再生医療研究に貢献することが期待されます。また、光照射による神経幹細胞の増殖・分化を制御する実験技術は、マウス脳内の神経幹細胞にも適応できる可能性があり、今後の実用化に向けて開発を推進したいと考えています。
　
　　本研究は、自己複製能と多分化能の両立という神経幹細胞を幹細胞たらしめている根幹のメカニズムを明らかにしました。Hes1たんぱく質は、神経幹細胞だけではなく、万能細胞（ES細胞、iPS細胞）や造血幹細胞、皮膚幹細胞などほとんどの幹細胞で発現が確認されていることから、本研究で見い出された細胞分化決定因子の発現振動による制御機構は、他の種類の幹細胞においても普遍的に使用されているメカニズムであると考えられ、幹細胞研究全体への幅広い波及効果が予想されます。

　神経幹細胞の自己複製とニューロン分化誘導を「光」で制御できる技術は、脳損傷や神経変性疾患に対する再生医療研究に貢献することが期待されます。また、光照射による神経幹細胞の増殖・分化コントロール技術は、脳内の神経幹細胞にも適応できる可能性があります。

　本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業（CREST）、基盤研究(A)、若手研究(A)、新学術領域研究「大脳新皮質構築」、武田財団の支援のもと行われ、「Science」のオンライン版に掲載されました。

文献情報

Extenal LinkOscillatory Control of Factors Determining Multipotency and Fate in Mouse Neural Progenitors


Itaru Imayoshi1-4,*,†, Akihiro Isomura1,5,†, Yukiko Harima1,5, Kyogo Kawaguchi6, Hiroshi Kori5,7, Hitoshi Miyachi1, Takahiro Fujiwara3, Fumiyoshi Ishidate3, and Ryoichiro Kageyama1,3,5,*

Science | Published 6 December 2013 | DOI: 10.1126/science.1242366

  1. Institute for Virus Research, Kyoto University, Shogoin-Kawahara, Sakyo-ku, Kyoto 606-8507, Japan.
  2. The Hakubi Center, Kyoto University, Kyoto 606-8302, Japan.
  3. World Premier International Research Initiative–Institute for Integrated Cell-Material Sciences (WPI-iCeMS), Kyoto University, Kyoto 606-8501, Japan.
  4. Japan Science and Technology Agency, Precursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO), 4-1-8 Honcho, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan.
  5. Japan Science and Technology Agency, Core Research for Evolutional Science and Technology (CREST), 4-1-8 Honcho, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan.
  6. Department of Physics, Graduate School of Science, The University of Tokyo, Tokyo 113-0033, Japan.
  7. Department of Information Sciences, Ochanomizu University, Tokyo 112-8610, Japan.

*Corresponding author.
†These authors contributed equally to this work.

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