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。

诱导多能干细胞 (iPSC) 为了解早期胚胎发育或开发自体细胞替代疗法来治疗与年龄相关的退行性疾病提供了无尽的来源。最近的研究表明，与胚胎干细胞 (ESC) 相比，老年供体产生的 iPSC 具有更多的线粒体基因组 (mtDNA) 突变和基因组不稳定性，这会导致 iPSC 衍生的自体细胞排斥、肿瘤发生和呼吸系统疾病。给临床应用带来障碍。为了阐明与年龄相关的干细胞功能下降所涉及的分子途径，我们分析了年轻（6-8周）、中年（6个月）、老年（12-14个月）和非常老（24个月）的小鼠我们建立了雌性孤雌胚胎衍生的 ESC 系和皮肤组织衍生的同基因 iPSC 系。通过免疫组织化学和 qPCR，所有多能干细胞系均一致地证明了未分化和多能特性。 RNA序列分析的结果显示，与年轻小鼠的ESC相比，老年小鼠的iPSC中参与防御和细胞因子反应的基因的表达水平有所增加。线粒体功能分析表明，引发的干细胞耗氧量较低，而初始干细胞的线粒体氧化能力有所提高。尽管预测了 ATP 生成率与年龄相关的变化，但没有观察到呼吸功能、质子泄漏或结合效率与年龄相关的显着变化。当我们进行代谢组分析来分析整体代谢状态时，ESC 和 iPSC 即使在年轻时也表现出不同的特征。先前的研究揭示了多能干细胞转录和代谢的年龄依赖性。我们相信这些数据对于再生医学来说是理想的，因为它可能会导致更高质量 iPSC 的开发。

项目成果

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.