全能性獲得へのロードマップ：幹細胞のミトコンドリア・ゲノム安定性機構の解明

全能性路线图：阐明干细胞线粒体基因组稳定性机制

• 批准号: 20H03827
• 负责人: 山田 満稔
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03827/
• 关键词: 多能性幹細胞; 胚性ゲノム活性化; 核置換; 初期化; ミトコンドリア; iPS細胞; ES細胞; 代謝; mtDNA; ATP産生; メタボローム

人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell: iPSC）は、初期胚の発生を解明、あるいは加齢に伴う変性疾患を治療するための自己細胞代替療法を開発するための無限の供給源となる。最近の研究では、高齢のドナーから作製したiPSCには、ミトコンドリアゲノム（mtDNA）の変異やゲノムの不安定性が胚性幹細胞（embryonic stem cell: ESC）に比べて蓄積されていることが明らかになっており、これがiPSC由来の自己細胞に対する拒絶反応や腫瘍化、呼吸器系の障害につながり、臨床応用の障害となっている。加齢による幹細胞機能の低下に関わる分子経路を解明するため、若齢（6～8週）、中年（6カ月）、高齢（12～14カ月）、超高齢（24ヶ月）のマウスから、雌由来の単為発生胚由来ESC株と、皮膚組織由来のisogenicなiPSC株を樹立した。すべての多能性幹細胞株において、免疫組織染色およびqPCR法により、未分化能性および多分化能性が一様に証明された。RNAシークエンス解析の結果、若齢マウス由来ESCと比較して加齢マウス由来のiPSCでは防御やサイトカイン反応に関わる遺伝子の発現量が増加していた。ミトコンドリア機能解析では、プライム状態の幹細胞は酸素消費量が低いのに対し、ナイーブ状態の幹細胞はミトコンドリア酸化能力が向上してた。加齢に伴うATP産生速度の変化が予測されたが、呼吸機能、プロトンリーク、結合効率には加齢に伴う有意な変化は見られなかった。グローバルな代謝状態を解析するためメタボローム解析を行ったところ、若齢であってもESCとiPSCはことなる特徴を示した。ここまでの研究では、多能性幹細胞における転写と代謝の加齢依存性を明らかにした。今回のデータは、より質の高いiPSCの開発につながる可能性があり、再生医療にとって望ましいものと考える。

Artificial pluripotent stem cells (iPSCs) provide an unlimited supply of information on embryonic development, treatment of multiple diseases, and cell replacement therapy. Recent studies have shown that high levels of mitochondrial DNA (mtDNA) in iPSCs are associated with different types of instability and accumulation in embryonic stem cells (ESCs), which are associated with the rejection of anti-proliferation, respiratory system damage and clinical use of iPSCs. In addition, the molecular pathways associated with low stem cell function are identified in the early stages of development (6 - 8 weeks), middle age (6 months), high age (12 - 14 months), and high age (24 months). The pluripotent stem cell lines were identified by immunostaining and qPCR as well as undifferentiated and pluripotent. As a result of RNA analysis, if the origin of the virus is compared with that of the ESC, the occurrence of the virus in the iPSC defense system increases. Stem cells in the advanced state consume less than their normal counterparts, while stem cells in the advanced state have an increased ability to regenerate. Increase in ATP production rate, increase in respiratory function, increase in binding efficiency, increase in ATP production rate, increase in ATP production rate. The analysis of the metabolic state of the cell is based on the characteristics of the ESC. This research is aimed at clarifying the metabolic dependency of pluripotent stem cells. The possibility of the development of iPSC is high, and regenerative medicine is expected to be developed.

项目成果

Mitochondrial replacement by genome transfer in human oocytes: Efficacy, concerns, and legality.

• DOI: 10.1002/rmb2.12356
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Reproductive medicine and biology
• 影响因子: 3.4
• 作者: Yamada M;Sato S;Ooka R;Akashi K;Nakamura A;Miyado K;Akutsu H;Tanaka M
• 通讯作者: Tanaka M

Mitochondrial Genetic Drift after Nuclear Transfer in Oocytes.

卵母细胞核移植后的线粒体遗传漂变。

• DOI: 10.3390/ijms21165880
• 发表时间: 2020
• 期刊: Int J Mol Sci.
• 作者: Yamada M;Akashi K;Ooka R;Miyado K;Akutsu H.
• 通讯作者: Akutsu H.