大脳神経細胞分化における高頻度体細胞突然変異の分子メカニズム

ヒト脳の正常な発生発達過程では、多くの体細胞突然変異が神経細胞に生じることが明らかとなってきた。それは多様化のメカニズムと考えられている一方で、過剰になると脳発達障害や精神神経疾患に繋がることが示唆されている。しかし、発生発達過程のいつ・どこで・どのように変異が蓄積するのかに関しては不明な点が多い。本研究は、申請者らが明らかにしてきた神経細胞の発生・分化プログラムに組込まれたDNA修復酵素DNAポリメラーゼβ依存的なエピジェネティクス制御の一つであるDNA脱メチル化に際してのゲノム不安定性に焦点をあて、この高頻度体細胞突然変異の分子メカニズムを調べることを目的とする。本年度は、(1)クローンマウス作製技術を用いて作製された野生型およびDNAポリメラーゼβ欠損大脳皮質神経細胞由来ES細胞株の全ゲノム塩基配列解析を進めた結果、DNAポリメラーゼβ欠損において有意に高い頻度で発生する体細胞突然変異として挿入・欠失の塩基配列特異性を明らかにすることができた。この結果は学会にて口頭発表を行った。2)DNAポリメラーゼβ欠損ヒトiPS細胞由来大脳オルガノイドを用いて、神経細胞分化過程におけるゲノム不安定性を調べたところ、DNAポリメラーゼβ欠損では神経前駆細胞におけるDNA2本鎖切断と神経細胞死が増加すること明らかにした。疾患に繋がる突然変異形成の分子メカニズムの可能性として学会にて口頭発表を行った。3)環境要因としてDNA脱メチル化に関わる因子であるビタミンCに着目し、ゲノム編集技術を用いて大脳皮質興奮性神経細胞特異的ビタミンCトランスポーター欠損マウスの作製に成功した。

ヒト脳の正常な発生発達過程では、多くの体細胞突然変異が神経細胞に生じることが明らかとなってきた。それは多様化のメカニズムと考えられている一方で、過剰になると脳発達障害や精神神経疾患に繋がることが示唆されている。しかし、発生発達過程のいつ・どこで・どのように変異が蓄積するのかに関しては不明な点が多い。本研究は、申請者らが明らかにしてきた神経細胞の発生・分化プログラムに組込まれたDNA修復酵素DNAポリメラーゼβ依存的なエピジェネティクス制御の一つであるDNA脱メチル化に際してのゲノム不安定性に焦点をあて、この高頻度体細胞突然変異の分子メカニズムを調べることを目的とする。本年度は、(1)クローンマウス作製技術を用いて作製された野生型およびDNAポリメラーゼβ欠損大脳皮質神経細胞由来ES細胞株の全ゲノム塩基配列解析を進めた結果、DNAポリメラーゼβ欠損において有意に高い頻度で発生する体細胞突然変異として挿入・欠失の塩基配列特異性を明らかにすることができた。この結果は学会にて口頭発表を行った。2)DNAポリメラーゼβ欠損ヒトiPS細胞由来大脳オルガノイドを用いて、神経細胞分化過程におけるゲノム不安定性を調べたところ、DNAポリメラーゼβ欠損では神経前駆細胞におけるDNA2本鎖切断と神経細胞死が増加すること明らかにした。疾患に繋がる突然変異形成の分子メカニズムの可能性として学会にて口頭発表を行った。3)環境要因としてDNA脱メチル化に関わる因子であるビタミンCに着目し、ゲノム編集技術を用いて大脳皮質興奮性神経細胞特異的ビタミンCトランスポーター欠損マウスの作製に成功した。