多能性とゲノム恒常性

胚性幹細胞 (ES細胞) やiPS細胞などの多能性細胞と呼ばれる細胞群は、個体を構成する全ての細胞種に分化する能力を持ち、再生医療への応用が期待されている。しかし、多能性細胞が自己複製を行う過程は特徴的で、その分子機構はよくわかっていない。幹細胞生物学研究室では、多能性細胞がいかにして正しいゲノム情報を娘細胞に継承しているのかという点に着目し、マウスES細胞をモデルに解析を進めている。また、細胞分化や多能性誘導を経て細胞が形質を変化させる過程でのゲノム安定性を調べている。

Research

多能性細胞の自己複製

多能性細胞は、他の細胞種と異なり、DNA複製期と分裂期を殆ど休みなく行い短い周期で自己複製している。また、この過程で、他の細胞種とは異なる戦術でゲノム恒常性を維持していることが明らかになりつつある。私たちの研究室では、マウスES細胞をモデルに、このような多能性細胞特異的な自己複製機構とその生物学的意義を明らかにすることを目指している。特に、以前は困難だったES細胞の細胞周期同調法を確立し、特異的な細胞周期ステージに着目した解析を可能にした。

ES細胞とDNA複製

我々の細胞は、絶えず外的、内的DNA損傷要因にさらされている。特に、自己複製に必須なDNA複製の過程ではゲノムが不安定化しやすく、DNA複製が阻害されると、１本鎖DNAの露出や二重鎖切断を引き起こす。細胞には、通常、これらの損傷を保護・修復し、DNA複製を再開する機構が備わっている。しかし、ES細胞ではDNA複製が阻害されると、簡単に細胞死が引き起こされる。この分子的背景を理解するために、DNA複製期の異なるステージを詳細に解析している。

多能性誘導過程におけるDNA複製

ES細胞に線維芽細胞やリンパ細胞などの分化した細胞を融合させると、非ES細胞の核内に多能性が誘導されることが知られている。私たちは、この系を使って、多能性誘導の鍵を握る核内制御が、 DNA複製と密接な関係を持つことがわかった。多能性誘導の結果得られるiPS細胞では、 DNA複製過程に生じたと思われるゲノム上の傷が見つかっている。したがって、多能性誘導過程は、DNA損傷と生存のバランスの上に成り立っていると考えられる。私たちは、細胞融合の系を使って、多能性誘導過程におけるDNA複製の安定性とゲノム恒常性を調べている。このことで多能性細胞特異的な自己複製機構をよりよく理解すると共に効率の良い多能性誘導とより安全な再生医療への応用に貢献できると考えている。

Member

坪内知美

Principal Investigator

山口県出身
大阪大学理学部　[小川英行研究室]（修士課程）
Yale University, USA [G. Shirleen Roeder’s laboratory] (MS, PhD)
Imperial College London, UK [MRC Clinical Sciences Centre, Amanda G. Fisher’s laboratory] (Human Frontiers Long-Term Fellow)
University of Sussex, UK [Genome Damage and Stability Centre, Visiting Research Fellow]
2015. 2~ 基礎生物学研究所　（2025年2月より兼任）
2025. 2~ 静岡大学

倉島公憲

（短期留学中）

東京都出身
埼玉大学大学院　理工学研究科 [井上弘一研究室]（博士課程）
群馬大学　生体調節研究所 [山下孝之研究室]（博士研究員）
国立がん研究センター研究所 [塩谷文章研究室]（特任研究員）
2020. 5~ 基礎生物学研究所

米川　千夏

Technical Staff

2023. 3~

中根　丞維

Graduate Student

愛知県出身
神戸大学　理学部卒業
2024. 4 配属（５年一貫）

野畑　竜子

Assistant

2024. 7~

Publication

recruitmenttalented students

WANTED!

recruitmenttalented students

WANTED!

recruitmenttalented students

WANTED!

Selected publications

Matsumoto, A., Daigaku, Y*., and Tsubouchi, T*. (2025). Polymerase-usage sequencing identifies initiation zones with less bias across S phase in mouse embryonic stem cells. J. Biochem. doi: 10.1093/jb/mvae097
Kurashima, K., Kamikawa, Y., and Tsubouchi, T*. (2024). Embryonic stem cells maintain high origin activity and slow forks to coordinate replication with cell cycle progression. EMBO Rep. 25,3757 – 3776. doi.org/10.1038/s44319-024-00207-5
Kumazaki, T., Yonekawa, C., and Tsubouchi, T*. (2023). Microscopic analysis of cell fate alteration induced by cell fusion. Cell. Reprogram. 25(5), 251-259. doi: 10.1089/cell.2023.0073
Argunhan, B., Leung, W.-K., Afshar, N., Terentyev, Y., Subramanian, V., Murayama, Y., Hochwagen, A., Iwasaki, H., Tsubouchi, T.*, and Tsubouchi, H.* (2017). Fundamental Cell Cycle Kinases Collaborate to Ensure Timely Destruction of the Synaptonemal Complex During Meiosis. EMBO 36, 2488-2509. * corresponding authors
Leung, W.-K., Humphryes, N., Afshar, N., Argunhan, B., Terentyev, Y., Tsubouchi, T.*, and Tsubouchi, H.* (2015). The Synaptonemal Complex is Assembled by a PolySUMOylation-Driven Feedback Mechanism in Yeast. J. Cell Biol. 211, 785-793. * corresponding authors
Tsubouchi, T. and Fisher A.G. (2013). Reprogramming and the Pluripotent Stem Cell Cycle. Curr. Top. Dev. Biol. 104, 223-241.
Argunhan, B., Farmer, S., Leung, W.-K., Terentyev, Y., Humphryes, N., Tsubouchi, T., Toyoizumi, H. and Tsubouchi, H. (2013). Direct and Indirect Control of the Initiation of Meiotic Recombination by DNA Damage Checkpoint Mechanisms in Budding Yeast. PLoS One 8(6):e65875. Doi: 10.1371/journal.pone.0065875.
Tsubouchi, T., Soza-Ried, J., Brown, K., Piccolo, F.M., Cantone, I., Landeira, D., Bagci, H., Hochegger, H., Merkenschlager, M. and Fisher A.G. (2013). DNA Synthesis Is Required for Reprogramming Mediated by Stem Cell Fusion. Cell 152, 873-883.
Pereira, C.F., Piccolo, F.M., Tsubouchi, T., Sauer, S., Ryan, N.K., Bruno, L., Landeira, D., Santos, J., Banito, A., Gil, J., Koseki, H., Merkenschlager, M. and Fisher, A.G. (2010). ESCs Require PRC2 to Direct the Successful Reprogramming of Differentiated Cells toward Pluripotency. Cell Stem Cell 6, 547-556.
Tsubouchi, T., MacQueen, A.J. and Roeder, G.S. (2008). Initiation of Meiotic Chromosome Synapsis at Centromeres in Budding Yeast. Genes Dev. 22, 3217-3226.
Chen, S.Y., Tsubouchi, T., Rockmill, B., Sandler, J.S., Richards, D.R., Vader, G., Hochwagen, A., Roeder, G.S. and Fung, J.C. (2008). Global Analysis of the Meiotic Crossover Landscape. Dev. Cell 15, 401-415.
Tsubouchi, T., Zhao, H. and Roeder, G.S. (2006). The Meiosis-Specific Zip4 Protein Regulates Crossover Distribution by Promoting Synaptonemal Complex Formation together with Zip2. Dev. Cell 10, 809-819.
Tsubouchi, T. and Roeder, G.S. (2005). A Synaptonemal Complex Protein Promotes Homology-Independent Centromere Coupling. Science 308, 870-873.