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大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

基礎生物学研究所

研究部門・施設

幹細胞生物学研究室

研究教育職員

坪内 知美
准教授
坪内 知美
TSUBOUCHI, Tomomi
倉島 公憲
特任助教
倉島 公憲
KURASHIMA, Kiminori

研究の概要

多能性細胞のゲノム恒常性

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マウスES 細胞(右)とヒトB 細胞(左;青く染色されている)の融合細胞(赤はF-Actin; 細胞の境界を示す)。ES 細胞と融合したB 細胞には数日以内に多能性が誘導される。我々の研究室では、この系を使って多能性獲得過程を解析している。

個体発生の初期には、体を構成する全ての細胞種に分化する能力(多能性)を持つユニークな細胞群が一過的に出現する。この時期から樹立された胚性幹(ES)細胞は、染色体構造や細胞周期制御など、いくつもの点で他の細胞と異なっており、多能性の維持と密接な関係があると考えられている。一方で、染色体構造や細胞周期制御は、遺伝情報の維持に中心的役割を果たしている。幹細胞生物学研究室では、ES 細胞における染色体構造・細胞周期制御・ゲノム恒常性維持機構の連携を紐解くことで、多能性を司るメカニズムの分子基盤を理解することを目指している。
 

多能性細胞の自己複製

多能性幹細胞は、他の細胞種と異なり、DNA 複製期と分裂期を殆ど休みなく繰り返し、自己複製している。このような盛んな細胞分裂が、多能性の維持や発生の初期にどのような意義を持つのかは明らかではない。また、多能性幹細胞は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、多能性幹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。

ES 細胞とDNA 複製
自己複製に必須なDNA 複製の過程では、様々な要因でDNA 複製が阻害されるとゲノム不安定化につながる。近年の解析から、ES 細胞のDNA 複製装置は他の細胞種と比較してDNA 合成速度が遅いことが知られている(図1)。しかし、その要因は明らかではない。

そこで私たちは、ES 細胞の複製フォーク速度が遅延する要因を明らかにするために、1. S 期内の異なるステージ、2. 染色体構造、3. 複製装置構成因子の挙動、の3つに着目して解析を進めている。

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図1.ES 細胞と線維芽細胞のDNA 複製フォーク速度
細胞にヌクレオチド(dNTP)のアナログを一定時間投与することで合成中のDNA に取り込ませ、取り込まれたアナログを可視化することでDNA 複製フォークの進行速度を測定することができる。ES 細胞では線維芽細胞と比較してDNA 複製フォーク速度が遅い。
 

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、ヒトB リンパ細胞に多能性が誘導される過程を調べてきた。この中で、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。つまり、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。

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図2.細胞融合を使ったリンパ細胞への多能性導入
細胞融合後数日間はそれぞれの細胞由来の核が単一の細胞内で独立に存在するヘテロカリオンの状態が続き、その後細胞分裂時に二つの核の情報が混ざり合いハイブリッド細胞となる。リンパ細胞特異的遺伝子の抑制、ES 細胞特異的遺伝子の発現はヘテロカリオン内で起こる。

大学院生の募集

当研究室では常時大学院生を募集しています。細胞の根幹をなすゲノムの維持機構を一緒に解明していきませんか?まずは見学されたい方も歓迎します。

Webサイト

研究室関連資料

参考文献

Argunhan, B., Leung, W.K., Afshar, N., Terentyev, Y., Vijayalakshmi V. Subramanian, 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. EMBO 36, 2488-2509.
 
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.
 
Tsubouchi, T. and Fisher, A.G. (2013). Reprogramming and the Pluripotent Stem Cell Cycle. Curr. Top. Dev. Biol. 104, 223-241.
 
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.
 
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.

連絡先

坪内 知美 准教授 E-mail: ttsubo@nibb.ac.jp  TEL: 0564-55-7693

写真

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