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ヒトES/iPS細胞などのエピゲノム自動解析システムと方法を開発、実用化へ

2013年2月5日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
ジェネテイン株式会社
京都大学物質-細胞統合システム拠点

NEDOのプロジェクト(※1)において、ジェネテイン株式会社と京都大学物質-細胞統合システム拠点(※2)は、胚性幹(ES)細胞・人工多能性幹(iPS)細胞などの幹細胞のエピゲノム解析(※3)に必要とされるメチル化DNA免疫沈降(MeDIP)、ヒドロキシメチル化DNA免疫沈降(h-MeDIP)(※4)、クロマチン免疫沈降(ChIP)などのサンプル自動調製システムを完成し、これを用いて幹細胞のメチル化・脱メチル化解析を行う方法を世界で初めて開発しました。

開発したシステムは、従来に比べ、実験者の習熟度によるバラツキがなく、高い再現性と信頼性のあるデータが得られることが特徴です。これにより、幹細胞の性質の違いを遺伝子レベルでより明確に識別することが可能となりました。今後は、ES/iPS細胞など幹細胞株の品質評価において重要度を増している、エピゲノム解析による標準的評価システムの確立を目指します。

  • エピジェネティクス サンプル自動調製システム:外観(左)、プラットフォーム(右)
    エピジェネティクス サンプル自動調製システム:外観(左)、プラットフォーム(右)

今回の研究成果は、中辻憲夫iCeMS教授・設立拠点長が率いるチームでの共同研究成果を活用して開発。京都大学再生医科学研究所より提供された3種類の性質の異なるヒトES細胞株由来の検体について、本システムを用いてMeDIP、h-MeDIPを同時に行いました。ここから得られたサンプルのマイクロアレイ解析データについて、これらES細胞のメチル化、脱メチル化の遺伝子パターンを比較することにより、3種のES細胞株の違いを識別いたしました。

1. 背景

多能性を有する幹細胞(ES/iPS細胞)は様々な細胞に分化する能力を有しており、適切に誘導を行うことで神経、心筋、膵臓β細胞など様々な細胞を得る事ができます。このため、創薬における薬効評価や安全性薬理試験などの創薬スクリーニング、発生・分化や疾患メカニズムの解明、再生医療への応用など生命科学や医療への貢献が大きく期待されています。ヒト幹細胞を産業利用につなげるためには、「品質の確保されたヒト幹細胞の安定的な大量供給」を可能とすることが求められております。

2. 事業概要

NEDOでは、「ヒト幹細胞実用化に向けた評価基盤技術の開発」で、様々な細胞に分化する能力を有するヒト幹細胞の産業利用促進の重要な基盤となる、品質の管理されたヒト幹細胞の安定的な大量供給を可能とする基盤技術の開発を行っています。そのうち、中辻憲夫教授が率いるチームでは、品質の管理されたヒトES細胞を安定的に大量供給する技術開発を行っています。具体的には、自動培養技術の開発を行うほか、培養液・培養基材の開発、さらに、ヒトES細胞の品質評価指標の開発を行っています。
 今回の共同研究においては、京都大学再生医科学研究所より提供された3種類の性質の異なるヒトES細胞株由来の検体について、本システムを用いてMeDIP、h-MeDIPを同時に行いました。ここから得られたサンプルのマイクロアレイ解析データについて、これらES細胞のメチル化、脱メチル化の遺伝子パターンを比較することにより、3種のES細胞株の違いを識別いたしました。

3. 問い合わせ先

(本プレスリリースの内容についての問い合わせ先)

ジェネテイン株式会社 取締役 高橋正明
 TEL:047-303-4800  E-mail:masaaki.takahashi<at>pss.co.jp
京都大学iCeMS研究企画セクションリーダー・特任教授 淺田孝
 TEL:075-753-9780  E-mail:tasada<at>icems.kyoto-u.ac.jp
京都大学iCeMS国際広報セクションリーダー 飯島由多加
 TEL: 075-753-9755  E-mail:pr<at>icems.kyoto-u.ac.jp
NEDO バイオテクノロジー・医療技術部 武井良之 矢野貴久
 TEL: 044-520-5231
NEDO 総務企画部広報室 遠藤勇徳
 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp

【参考:用語解説】

  • ※1 NEDOにおけるプロジェクト
    「ヒト幹細胞実用化に向けた評価基盤技術の開発」 事業期間:2010~2015年度
  • ※2 物質-細胞統合システム拠点(iCeMS)
    物質-細胞統合システム拠点(iCeMS=アイセムス)は2007年、文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)に採択され、京都大学に設置されました。iCeMSは、細胞科学と物質科学を統合した新たな学際領域の創出を目指しています。細胞や人工物質の中に存在する多分子構造の制御メカニズムを解明することで「新たな幹細胞科学・技術(ES/iPS細胞等)」や「新たなメゾ科学・技術」を発展させ、医学・創薬・環境・産業に貢献します。メゾと呼ばれる(1nmから1μm程度の大きさの)領域で、物質と細胞は相互に作用し合います。そこでは様々な生命現象が起こり、結晶内の分子の協同的な機能が生み出されています。物理学においては「メゾスコピック物理学」を用いてこの領域の研究が進められてきました。iCeMSではこの研究分野をさらに発展させ、物理学、化学、細胞生物学が融合した真に学際的な「メゾ科学」の創出を目指します。
  • ※3 エピゲノム、エピジェネティクス
    エピゲノムとは細胞内で起こっているDNAのメチル化やヒストン修飾など、遺伝子配列の変化を伴わない化学的修飾のことです。この変化により遺伝子発現のスイッチングが制御されますが、この機構を研究する学問のことをエピジェネティクスと称します。エピジェネティクスは特に癌や老化など、後天的な体質形成に深い関係がありますが、幹細胞においては、その初期化、分化などのプロセスがいずれもエピジェネティクス変化であることが明らかになっています。従って幹細胞についてこれらのエピゲノム解析を行うことはその基本的性質や、癌化などリスク関連変異を明らかにするために必要な手段であり、その品質評価のための具体的指標の確立に向けて重要であると考えられます。
  • ※4 メチル化DNA免疫沈降(MeDIP)、ヒドロキシメチル化DNA免疫沈降(h-MeDIP)
    特異的にメチル化DNA、ヒドロキシメチル化DNAなどに結合する抗体を用いて、細胞から抽出された染色体DNAのなかで、メチル化あるいはヒドロキシルメチル化(脱メチル化の前駆体と考えられる)されたDNAのみを選択的に濃縮する方法。今まではいずれもマニュアル操作で行われていました。