新学術領域の研究計画班になりました

 当研究室の青木不学 教授が新学術領域研究「全能性プログラム:デコーディングからデザインへ」(領域代表: 小倉淳郎)の研究計画班代表者(全能期における遺伝子発現プログラムの調節機構の解明)に就任いたしました。
 本学術領域研究では脊椎動物の胚における全能性獲得機構の解明および人為的制御を目指しており、当研究室では遺伝子発現の側面からin vivoでの全能性制御機構を明らかにしようと試みております。
詳細は以下の領域HPをご確認ください。


マウス班(青木不学)― 
受精前後における遺伝子発現リプログラミングの調節機構の研究

 生命の誕生は卵と精子が接合し受精卵(胚)を生じることから始まるが、その際、遺伝子発現のリプログラミングが起こると考えられている。すなわち、受精前の卵(卵母細胞)は分化した細胞であり減数分裂特異的な遺伝子発現が起きている。一方、受精後の胚はどのような細胞へも分化し得る、いわゆる全能性のある状態であって受精前の卵とは異なったパターンで遺伝子発現が起きている。したがって、受精の前後で遺伝子発現パターンが変化しており、このような変化を遺伝子発現のリプログラミングと呼ぶ。本研究室の研究テーマは、このリプログラミングの調節機構を明らかにすることであり、実験系としてマウスの卵を用いている。
 近年、クローン動物や再生医療に関わる万能細胞(iPS細胞)などが注目を浴びており、これらはいずれも分化した細胞を全能性あるいは多能性を持つ状態にリセットすることによって作成可能となったものである。しかし、そのリセットされるメカニズムについてはほとんど明らかになっていない。したがって、本研究の成果は効率的クローン動物の作成、あるいはより安全かつ効率の良いiPS細胞作成法の開発にも貢献することが期待される。

研究内容1: 分化・全能性について

 下図は、個体発生の流れを書いた模式図である。まず、精子と卵子が受精して胚となり、新しい生命が誕生する。そして分裂を始めるが、この時期の胚は「全能性」があるといわれている。この「全能性」というのは、どのような細胞にもなり得るということで、体細胞などが固定された性質を持つ状態であることを示す「分化」と反対の意味を持つものである。実際に、受精後に分裂した2細胞期の胚を、人為的に2つに分けてそれぞれ母体に移植してやると独立に2つの子供が誕生する。


 この様に全能性のある状態で発生が進むと、やがて初めて細胞の分化が始まる。この時期は胚盤胞と呼ばれる時期で、このとき丸い胚の中で内側のものと外側のもので役割が変わる。外側のものは、将来母親の子宮内で胎児の発生を助ける胎盤になり、実際には子供にならない。そして内側のものが、胎児になって発生していく部分で、この時期まだ多能性を持っている。これが分裂を繰り返すうちにやがて分化して体の細胞を作る体細胞になる。体細胞は、例えば神経の細胞や血液、肝臓の細胞などそれぞれ特有のタンパク質を作る、つまり特有の遺伝子発現パターンを示す。そして、その内の一部が「生殖細胞」に分化して次の世代の子供を作る。つまり、減数分裂をして雄では精子、雌では卵子を作り、それが受精して新たな生命となる。動物は、このようなサイクルを繰り返すことで長い間生命を繋げてきたのである。体細胞、生殖細胞がどのように分化し、なぜ生殖細胞のみがやがて多能性をもつに至るのかを明らかにすることが当研究室の主要テーマの一つである。


研究内容2: 遺伝子発現のリプログラミングについて

 哺乳類の卵において、成長中の卵(成長期卵)では活発な遺伝子発現が起きているが、成長が進むにつれて転写活性が下がり、完全に成長して成長卵となった時には転写はほとんど見られなくなる。その後、減数分裂を再開し、第二減数分裂中期(MII期)に達したところで受精する。受精後もしばらくは遺伝子発現を停止した状態にあり、動物種によって異なる様々な時期に胚由来の初めての遺伝子発現が起こる。胚の遺伝子発現が開始した後は、遺伝子発現のプログラムにしたがって発生が進行し、細胞が分化していく。

 この過程において、成長中の卵は減数分裂特異的な遺伝子発現パターンを示す分化した細胞であるが、一度遺伝子発現を停止して、受精後に1細胞期胚となったときには全能性のある細胞となり、新しい遺伝子発現プログラムをスタートさせる。したがって、成長期卵が遺伝子発現を停止して受精後に遺伝子発現が開始するまでの間に、遺伝子発現のリプログラミングが起こっているものと考えられる(上図参照)。このリプログラミングでは何が起きており、どのような環境・遺伝的因子がそれを制御しているのかを明らかにすることも当研究室の重要なテーマである。