CREST
人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）
作製・制御等の医療基盤技術
平成２０年度
１０件
平成２１年度
７件
平成２２年度
６件
進捗状況報告
９．２８，２０１０
総括 須田年生
資料３－１
選考基準
1） iPS作成技術は、センダイウイルス･たんぱく質導入による方法など染色体
組み込みを避ける方向で、飛躍的に進んでいる。したがって、作成技術開発
は、高い競争力が必要とされる。
２） iPS作成技術が定まらない限り、性急な臨床応用は徒労に終わる可能性も
あり、長期的な見極めが大切かと思われる。
３）細胞の由来、作成の方法によりiPSには異質性があり、疾患由来iPS研究な
どにおいては、その認識が重要である。
４）他領域研究において基盤のある研究者がiPS 研究をどこまで取り込もうと
しているのか、研究分担者を含め、その準備状況を重視する（すでに共同研
究を始めていることが望ましい）。
「報道関係者CRESTレクチャー会資料 （2009年12月4日） 」からの抜粋 2● リプログラミングの機構解析
Ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃｓ
生殖系列
● 細胞分化誘導
ＮＫＴ細胞
● Direct Reprogramming
● Ｎａｉｉｖｅ ｉＰＳ
3研究代表者：岩間 厚志 (千葉大学 大学院医学研究院 教授) 造血幹細胞のエピジェネティクスとその制御法の創出 研究期間：2008.6～2014.3
① 造血幹細胞のエピジェネティクス制御機構の解明
② 造血細胞の分化可塑性の検証と造血幹細胞へのリプログラミング
③ iPS細胞から造血幹細胞への分化誘導におけるエピジェネティクス制御
E7.5 E10.5 E12.5 E14.5 4w Yolk sac
AGM Fetal liver Bone marrow Hemangioblast MLL MOZ-BRD1 HAT ??? Pre-HSC HSC Polycomb (Bmi1..) Birth HoxB4 ? 分化細胞
①
②
③
ES/iPS細胞
4トライソラックスと ポリコームによる 遺伝子環境の制御 Bmi1欠損による分 化バランスの変化 分化に伴うアクセル（活性化）・ ブレーキ（抑制化）の変化 Bmi1による造血幹細胞増殖促進効果
造血幹細胞の多能性を維持する仕組み発見
～ES/iPS細胞と同様の遺伝子抑制が重要な役割 ー幹細胞を誘導・分化させる操作技術の改良に寄与する新知見ー ES/iPS細胞 造血幹細胞 血液細胞Cell Stem Cell, Vol.6,279-286,2010
iPS細胞 クローニング 造血幹細胞誘導 ヒトNKT細胞 (3)ヒト化マウスを 用いたIn vivo検定 OCT3/4、SOX2、 NANOG ヒト繊維 芽細胞 iPS細胞 clone 1 clone 2 clone 3 抗腫瘍活性 腫瘍化傾向 ヒトNKT細胞誘導 骨髄再建能 腫瘍化傾向 (2)造血・免疫系 への分化誘導 (1)体細胞からのiPS細胞誘導 (4) iPS細胞における遺伝子発現・クロマチン 状況のゲノムワイドな解析 相関関係の検定 分化能 分化細胞の機能 分化細胞の腫瘍化傾向 vs エピゲノムプロファイル 遺伝子発現プロファイル 有効性、安全性の高 いiPS細胞クロンを選 別するためのパラ メーターの抽出 研究代表者：古関 明彦 ((独)理化学研究所 免疫・アレルギー科学総合研究センター グループディレクター) ヒトiPS細胞の分化能と腫瘍化傾向を反映するマーカー遺伝子群の探索 研究期間：2008.6～2013.3 ヒトiPS細胞の機能的な多様性 ・遺伝的多様性 ・リプログラム状況の相違 ・ウイルスを用いた場合には、挿入部位 etc. iPS細胞の分化能、分化誘導後の細胞機能、腫瘍化傾 向は、各クロンごとに異なる可能性がある。した がって、実際の治療に用いるクロンを選択するため の基準が必要とされる。 免疫細胞を用いる理由 ・細胞の起源を明確に示せる。リプログラムの状況 が把握可能。 ・iPS技術を利用した免疫細胞治療技術開発の課題解 決型基礎研究としても位置づけられる。 ヒトB細胞 iPS細胞 ヒト抗体産生 腫瘍化傾向 B細胞由来iPS細胞を用いたクロマチン状況の解析か ら、ポリコム群と呼ばれるエピゲノム因子のリプロ グラムが、完全に起こっていないことが判明した。 6
「多能性幹細胞」iPS細胞から免疫治療に「役に立つ」リンパ球を作製
－抗がん効果を発揮するNKT細胞だけを作ることに世界で初めて成功－ 通常の体細胞から山中因子で誘導したiPS細胞を用いて分 化誘導を行うと、「多様な」リンパ球へと分化する。が ん細胞を標的として攻撃できるのは、ごく一部のリンパ 球に限られる。 成熟リンパ球から「目的の」リンパ球を取り出し、iPS細胞を作って 分化誘導を行うと、「欲しい」リンパ球だけに分化させることがで きる。がん細胞を攻撃できるリンパ球からiPS細胞を作ると、分化誘 導されたほぼ全てのリンパ球はがん細胞を攻撃する作用を持つ。 がん細胞 がん細胞 成熟リンパ球 体細胞 iPS細胞 iPS細胞 分化誘導 分化誘 導 NKT細胞からつくったiPS細胞は、皮膚の細胞から つくったiPS細胞と見た目には同じ細胞である。 皮膚から つくった iPS細胞 NKT細胞から つくった iPS細胞 SSEA1 DAPl Oct3/4 DAPl Nanog DAPl 「欲しい」リンパ球 「多様な」リンパ球 Oct3/4,Sox2 c-Myc,Klf4 (山中因子) Oct3/4,Sox2 c-Myc,Klf4 (山中因子) Oct3/4,Sox2 c-Myc,Klf4 NKT細胞 NKT-iPS細胞 Mature NKT Cell NKT細胞由来iPS細 胞 NKT細胞から作ったiPS細胞から、リンパ球分化を行うと、ほぼすべてNKT細 胞に分化できる。NKT細胞を欠損したマウスにiPS細胞から分化させたNKT細 胞を移入して、α-Galcerで活性化すると、移入したがん細胞を排除できた。 J Clin Invest. Vol.120:2610-2618,2010 71. 体細胞と生殖細胞に分化
2. ノックアウト作成
3.
胚発生能
4. マウス、ヒトで樹立
5. ES細胞と異なるDNAメチル化
Germline stem (GS) cell
multipotent GS (mGS) cell
／
＼
ー
p53
1.
安定な核型
と
DNAメチル化
2. ノックアウト作成
3.
精子形成能
4. マウス、ラット、ヒト etc
5. 潜在的多能性
精巣由来の幹細胞：GS細胞とmGS細胞
研究代表者：篠原 隆司 (京都大学 大学院医学研究科 教授) 精子幹細胞のリプログラミング機構の解明と医学応用の可能性の検討 研究期間：2008.6～2014.3 8Embryonic GS cells: リプログラミングできない細胞？
1. 胎児オス生殖細胞由来
2. 形態的には GS 細胞と区別できない (
GDNF依存性
に増殖)
3.
異常なヒストン修飾
を示す (H3K9, H3K27 etc)
4. 精巣に移植すると
精子形成能
を持つ（まれに多能性獲得）
5. 次世代に
異常なDNAメチル化、ヒストン修飾の伝達
Ras/cyclin D2導入GS 細胞によるヒト生殖細胞腫瘍モデル作成
セミノーマ
組織像
活性化Ras
導入GS細胞
・外来性の自己複製因子なしでも自己複製
を誘導できる
・移植後にはセミノーマ形成（20-40歳男性
で最も多い腫瘍）
・ヒトでもRasの異常が精巣腫瘍を起こす
ことが 確認(Nat Genet 41, 1247, 2009)
9多能性幹細胞からの様々な細胞系譜形成過程の詳細な理解
iPS細胞から誘導された細胞分化の正しい評価
本領域を確実に発展させる基礎研究：
生体における細胞系譜分化・機能維持機構の正確な理解
それらの過程を規定するエピゲノム状態の測定技術の開発
iPS細胞の医学的有用細胞への分化を達成するためには、、、
が必要となる。
これらの目的を達成するため、生殖細胞系列をモデルシステムとし、
1. 多能性幹細胞からの生殖系列細胞の誘導系の確立とその応用
2.
少数細胞（～1000細胞）のエピゲノム状態を測定する技術開発
の研究を平成２１年１０月より開始し、現在、着実に進展している。
研究代表者：斎藤 通紀 (京都大学 大学院医学研究科 教授) 生殖系列におけるゲノムリプログラミング機構の統合的解明とその応用 研究期間：2009.10～2015.3 10～これまでの
～これまでの
CREST
CREST
研究の進展～
研究の進展～
○胚細胞ヒストンを体細胞で発
現させると、Nanog-GFPを発現す
るES細胞様の形態を示す細胞が
一過的に出現する。
○山中４因子の内、Oct3/4と
Klf4だけではiPS細胞は殆ど作製
できないが、そこに２種類の胚
細胞ヒストン、或は２種類の胚
細胞ヒストンとヒストンシャペ
ロンのヌクレオプラスミン（ヒ
ストンをヌクレオソームに取り
込ませるのに必要）を加えると、
iPS細胞の作製効率が上昇する。
○現在これらのiPS細胞の全能性
を解析している。
○引き続き、胚細胞ヒストンだ
け（山中４因子無し）でiPS細胞
を作製する条件を探索する。
研究代表者：石井 俊輔 ((独)理化学研究所 基幹研究所 主任研究員) 胚細胞ヒストンによるリプログラミング機構 研究期間：2008.6～2014.3 11胚 外胚葉 中胚葉 内胚葉 表皮、神経 間葉系細胞 消化器 真皮線維芽細胞 多能性幹細胞 （ES細胞） MyoD Runx2 BM Ps, S ox5/6/9, Nkx3.2, u nknown , etc. Pp arγ 筋細胞 骨芽細胞 軟骨細胞 脂肪細胞 軟骨前駆細胞 部分リプログラミング + 軟骨因子 iPS細胞 リプログラミング因子 Klf4, c-Myc, Oct3/4, Sox2
目的： 軟骨因子およびリプログラミング因子を組み合 わせて皮膚線維芽細胞培養に導入することにより、軟 骨細胞様細胞を直接誘導できないか、検討する。
ディレクテッドリプログラミングによる、皮膚細胞培養から軟骨細胞様細胞を誘導する試み
研究代表者：妻木 範行 (大阪大学 大学院医学系研究科 独立准教授) 組織幹細胞／前駆細胞を誘導するディレクテッドリプログラミング技術の開発 研究期間：2009.10～2015.3 12（Ｉｅｄａ Ｍ ｅｔ ａｌ， Ｃｅｌｌ， ２０１０）
