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多能性幹細胞を維持するしくみ
 

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、融合細胞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）を持つ細胞群が一過的にのみ出現する。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をはじめとする多くの点で特徴的で、これらが分化多能性という特有の性質と密接に関わっていると考えられている。幹細胞生物学研究室では、このようなES細胞に特徴的な性質ひとつひとつが多能性幹細胞の維持にどのように関わっているかを理解することで、多能性を司るメカニズムの分子基盤を明らかにすることを目指している。

多能性幹細胞の自己複製

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）を持つ細胞群が一過的にのみ出現する。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をはじめとする多くの点で特徴的で、これらが分化多能性という特有の性質と密接に関わっていると考えられている。幹細胞生物学研究室では、このようなES細胞に特徴的な性質ひとつひとつが多能性幹細胞の維持にどのように関わっているかを理解することで、多能性を司るメカニズムの分子基盤を明らかにすることを目指している。
 

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ことが知られている。

ES細胞とDNA複製

自己複製にはDNA複製が必須であるが、DNA複製の進行は様々な要因で阻害されるため、この過程でゲノム情報が損なわれやすい。近年の解析から、ES細胞のDNA複製装置が他の細胞種と比較して低速で進行することが明らかになっている（図１）が、その分子的背景及び生物学的意義は不明である。そこで私たちは、ES細胞においてDNA複製装置が遅延する要因を特定し、これを操作することでES細胞特有のDNA複製制御の意義を理解しようとしている。

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幹細胞関連因子の発現が誘導されることが知られている。私たちの研究から、多能性幹細胞関連因子はDNA複製と密接な関係を持つことがわかっている。一方で、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。これらのことは、分化した細胞に多能性を誘導するにはゲノム不安定化の危険をはらみながらDNA複製期を通過する必要があることを示している。私たちは、細胞融合の系を使って多能性誘導過程に生じるDNA複製の不具合を調べることで、多能性細胞特異的な自己複製機構を紐解こうとしている。また、将来的には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。
 

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。

• Annual Report 2021（PDF）
• 要覧 2022年 (PDF)

Tsubouchi, T. and Pereira, C.F. (2021). Reprogramming Stars #1: Genome Programming Through the Cell Cycle. Cell Reprogram. 23, 153-157.

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., 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.