ＪＳＴと埼玉医科大学、がん原因遺伝子の働きなしでＥＳ細胞の多能性を維持する仕組みを発見

がん原因遺伝子の働きなしでＥＳ細胞の多能性を維持する仕組みを発見

（ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の安全性向上につながる可能性）


　ＪＳＴ　課題達成型基礎研究の一環として、埼玉医科大学　ゲノム医学研究センターの奥田　晶彦　教授らは、マウスのＥＳ細胞注１）（胚性幹細胞）について、多能性を保つために必須だと考えられてきたがん原因遺伝子ｃ−Ｍｙｃ注２）（シーミック）の働きは、培養条件によっては必須ではないことを発見しました。ＥＳ細胞はｉＰＳ細胞注３）（人工多能性幹細胞）と同様にさまざまな細胞に分化できる能力（多能性）を持っており、その多能性を維持するために働いている因子があるとされています。ｃ−Ｍｙｃ遺伝子の働きによって作られるｃ−Ｍｙｃたんぱく質は、細胞のがん化に深く関与しますが、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の多能性を維持するためには必ず働かなくてはならない因子の１つと考えられてきました。

　本研究グループは、ｃ−Ｍｙｃたんぱく質のパートナー因子であるＭａｘ（マックス）たんぱく質の機能を解析することで、培養条件によっては、ｃ−Ｍｙｃたんぱく質の機能が無くてもＥＳ細胞の多能性は維持されることを明らかにしました。Ｍａｘたんぱく質を失ったＥＳ細胞ではｃ−Ｍｙｃたんぱく質が機能できず、一般的な培養条件では多能性が失われますが、分化を阻害する薬剤を加えたところ、ｃ−Ｍｙｃたんぱく質が働いていないにも関わらずＥＳ細胞は多能性を失いませんでした。

　この発見は、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞でのｃ−Ｍｙｃの役割について理解を進めるだけではなく、ｉＰＳ細胞の質、誘導効率、安全性の向上につながる可能性があります。また、がん化に関わるｃ−Ｍｙｃの働きが不要になれば、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の医療への応用で最大の問題点とされるがん化を回避する方法へと発展することも考えられます。

　本研究成果は、２０１１年７月７日（米国東部時間）発行の米国科学誌「Ｃｅｌｌ　Ｓｔ ｅｍ　Ｃｅｌｌ」に掲載されます。


　本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

　　戦略的創造研究推進事業　チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
　　　研究領域：「人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）作製・制御等の医療基盤技術」
　　　　　　　　　　（研究総括：須田　年生　慶應義塾大学　医学部　教授）
　　　研究課題名：「ｉＰＳ細胞誘導の為の分子基盤の解明による安全性の確保」
　　　研究代表者：奥田　晶彦（埼玉医科大学　ゲノム医学研究センター　教授）
　　　研究期間：平成２０年６月〜平成２６年３月

　ＪＳＴはこの領域で、ｉＰＳ細胞を基軸とした細胞リプログラミング技術の開発に基づき、その技術の高度化・簡便化をはじめとした研究によって、革新的医療に資する基盤技術の構築を目指しています。上記研究課題では、既存の方法によらないｉＰＳ細胞樹立の試みといった研究などから、ＥＳ細胞と同等の安全性を確保することで、ｉＰＳ細胞を用いた再生医療の実現化への貢献を目指します。

＜研究の背景と経緯＞
　２００７年に京都大学の山中　伸弥　教授がヒトｉＰＳ細胞の樹立に成功して以来、国内外でｉＰＳ細胞に関する研究が急速に推進されています。ｉＰＳ細胞の誘導には、当初、４つの因子（Ｋｌｆ４、Ｓｏｘ２、Ｏｃｔ３／４、ｃ−Ｍｙｃ）を細胞に導入する方法が取られました。この４つの因子は、ＥＳ細胞の多能性を維持するために重要な因子ともいわれていますが、このような因子がそれぞれどのような機能を持ち、多能性とどのような関係があるのかについては未解明の部分が多く残っている状況です。特に、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞のがん化に深く関与するｃ−Ｍｙｃの機能や制御の仕組みを解明することは、医療への実用化に向けて重要と考えられます。

　ｃ−ＭｙｃなどのＭｙｃファミリー遺伝子によって作られるＭｙｃたんぱく質は、転写因子注４）の１つであり、細胞増殖に関係する遺伝子など極めて多くの遺伝子の発現に関わっています。ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞は、無限に増殖できることなど、がん細胞と共通の性質を持っているため、Ｍｙｃたんぱく質はＥＳ細胞やｉＰＳ細胞が多能性を保つために必須であると考えられていました。昨年、米国のグループから、ＥＳ細胞の転写ネットワーク注５）には、Ｃｏｒｅモジュール、ＰＲＣモジュール、Ｍｙｃモジュールという３つの遺伝子群があることが示されました。ＥＳ細胞が多能性を維持する上では、ＣｏｒｅモジュールとＭｙｃモジュールが活性化し、逆に、ＰＲＣモジュールは抑制されていることが重要です。一方で、分化してしまった細胞では、これらのモジュールの相対的な関係は完全に入れ替わります。すなわち、活性化されていたものは抑制され、抑制されていたものは活性化されます。Ｃｏｒｅモジュールは、Ｏｃｔ３／４、Ｓｏｘ２、Ｎａｎｏｇなど、ＥＳ細胞の多能性維持に必須な転写因子によりサポートされる転写ネットワークのため、ＥＳ細胞が多能性を維持する上で絶対に必要な転写ネットワークであると考えられます。Ｍｙｃモジュールはその名の通りＭｙｃを中心とした遺伝子やたんぱく質のネートワークで、このモジュールも、Ｃｏｒｅモジュールと同様にＥＳ細胞の多能性を維持するための転写ネットワークとして機能しますが、Ｃｏｒｅモジュールとは独立して機能するとされています。なお、このＭｙｃモジュールは、さまざまな種類のがん細胞にも存在するため、これらの転写ネットワークの解析からもＥＳ細胞やｉＰＳ細胞とがん細胞との間で明確な共通性が発見されたことになります。

　本研究グループは、ｃ−Ｍｙｃたんぱく質が発揮するメリットのみをうまく抽出するため、細胞が多能性を獲得する時や、獲得した多能性を持ち続ける時のｃ−Ｍｙｃたんぱく質の役割を、分子レベルで解明することを目標の１つとして研究を進めてきました。


＜研究の内容＞
　マウスのＥＳ細胞やｉＰＳ細胞は、情報伝達などを行うたんぱく質の一種であるＬＩＦ（Ｌｅｕｋｅｍｉａ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ　Ｆａｃｔｏｒ）を加えて培養することが一般的ですが、本研究グループは初めに、この一般的な培養条件で、Ｍｙｃたんぱく質を働かないようにした時の影響を検証しました。ｃ−Ｍｙｃを含むＭｙｃたんぱく質は、Ｍａｘと呼ばれるたんぱく質がないとほとんど働くことができません。この性質を利用し、Ｍｙｃたんぱく質全てを働かないようにするため、Ｍａｘたんぱく質を作ることができないＥＳ細胞で実験を行いました。その結果、Ｍｙｃたんぱく質が働かないＥＳ細胞は、多能性などＥＳ細胞としての性質を失ってしまうことが確認されました（図１）。また、転写ネットワークについても、Ｍｙｃたんぱく質の機能が失われた時の影響を調べたところ、期待通りＭｙｃモジュール活性は速やかに低下しました。一方、同じくその活性が多能性維持に関係するとされる、Ｏｃｔ３／４を中心としたＣｏｒｅモジュールの活性は４日目までは増加しますが、６日以上経つとＭｙｃモジュール活性の低下に引きずられる形で、結局、低下することが分かりました（図２）。

　次に、２００８年に英国のグループが行った、細胞分化に強く関わる酵素の阻害剤を加えて培養することで、ＬＩＦを加えなくてもＥＳ細胞の全ての性質が保たれるという報告をもとに、本研究グループは、この培養条件でもＭａｘたんぱく質をなくしたＥＳ細胞で実験を行いました。その結果、Ｍｙｃたんぱく質が働かなくても多能性などＥＳ細胞としての性質を失わないことを明らかにしました（図３）。転写ネットワークの解析データからみても、Ｃｏｒｅモジュール活性は、Ｍｙｃモジュール活性の低下に全く影響されずに高いレベルを保っていることが確認されました（図４）。

　従って、今までのＯｃｔ３／４たんぱく質と同様に、「Ｍｙｃたんぱく質はＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の維持にとって、決して欠くことができない因子である」という概念が、今回の研究で「ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の培養条件によってその必要性が異なる」に変わったことになります。また、細胞分化に強く関わる酵素の阻害剤を加えることによってｃ−Ｍｙｃたんぱく質の機能が不要になるという今回の研究結果は、多能性を保つ仕組みの中でのｃ−Ｍｙｃたんぱく質の機能についての理解を一層深めました（図５）。

＜今後の展開＞
　今回の研究結果を発展させて、ｃ−Ｍｙｃたんぱく質を働かないようにしたＥＳ細胞やｉＰＳ細胞を使うことによって、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞の実用化を妨げる最も大きな要因だと考えられているがん化の問題が克服できる可能性があります。また、Ｍｙｃモジュール活性を低下させることにより、がんを根絶するという新しい治療法が開発できるかもしれません。さらに、ｃ−Ｍｙｃ遺伝子の働きなしでｉＰＳ細胞を樹立する場合には、効率が低い上に樹立されたｉＰＳ細胞の質も概して劣るという問題点がありますが、今回の発見はこれらの問題点を回避する方法の確立につながる可能性があります。すなわち、英国のグループが確立した培養条件を組み入れることにより、Ｍｙｃたんぱく質の機能がなくても質のよいｉＰＳ細胞が樹立できると考えられます。

　ＥＳ細胞に関する研究は長年続けられてきていますが、今回のように重要な因子についてでさえ、未解明の要素は多々残っています。米国では幹細胞を用いた治療には、まずはＥＳ細胞を用いることが試されている状況でもあり、今後、ｉＰＳ細胞の研究を前進させるためにも、ＥＳ細胞やほかの体性幹細胞などの研究を並行して進めることが重要だと考えられます。


　※　参考図・用語解説は、関連資料参照