個別事業紹介

幹細胞操作技術開発領域

研究課題名

E-カドヘリンキメラタンパク質を接着マトリックスとした
ES/iPS細胞の新しい単細胞培養システムの開発

目 的

 山中らによりヒトiPS細胞が樹立されているが、ヒトES細胞を含め多くの幹細胞の未分化での増殖培養法は未だに最適化されておらず、また分化誘導方法についても胚様体を経た手法が一般的である。ヒトES細胞の培養法は、近年多くの研究者によって無血清培地による培養法が研究されており、実際に商品化されている手法もあるが、いずれの場合も細胞の接着基質としてマトリゲルを用いているため、完全には“defined condition”とは言い切れないのが現状である。また、iPS細胞についても、フィーダー細胞上で樹立、フィーダー細胞上もしくはマトリゲル上で維持されており、より適した培養系の確立がこれから早急に検討すべき課題であると考えられる。我々はすでに、マウスE-カドヘリン、ヒトE-カドヘリン、マウスN-カドヘリン、マウスLIFなどの固定化が可能なモデルタンパク質分子を開発しており、同様の手法によりマトリックスとして同定できる各種サイトカイン類のモデル分子の作成に着手している(図1)。マウスES細胞から始まり、現在サルおよびヒトES細胞の未分化維持に関わる可能性が指摘されている、bFGF、Wnt、activin-A、IGF等々のモデル分子を作製中である。本研究では、準備段階としてはマウスおよびサルES/iPS細胞も対象としつつ、(1)ヒトES細胞およびヒトiPS細胞の新しい培養基質の開発、(2)ヒトES細胞およびヒトiPS細胞の分化誘導が可能な培養基質および培養条件の検索と最適化を目的とする。

実施体制

研究代表者
赤池 敏宏 (東京工業大学 生命理工学研究科 教授)
実施体制
東京工業大学大学院生命理工学研究科赤池・田川研究室で実施する。

概 要

これまで一般に、ES細胞の増殖・分化応答を調べる場合は、単一細胞レベルでの培養が不可能であったため、欠陥の多いコロニー形成型の培養法を採用せざるを得なかった。コロニーを形成した状態では一つ一つ細胞の周囲の環境が異なるため、サイトカイン類の均一かつ直接のシグナル応答を調べることが不可能であった。そこで本研究では、数年前に我々が世界に先駆けて開発したE/Nカドヘリンの細胞外ドメインとIgG(Immunoglobulin G)の Fc領域のキメラタンパク質設計法(図1参照)をさらに発展させた各種培養用マトリックス設計に応用し、前述のコロニー法の決定的な欠点を解決できる単一細胞レベルでの培養法とシグナル制御などの未分化増殖と分化誘導を目標とした細胞生物学的解析を行う予定である(図2)。さらにその分子生物学的シグナル解析を通じて、マウス/サル・ヒト各種のES/iPS細胞、間葉系幹細胞等の増殖・分化誘導などの各種機能を均一シングル細胞レベルで制御できる培養表面の設計開発を行う。

平成20年度の計画と目標

(1) Activin-A 、IGF、BMP、bFGFなどの固定型モデル分子を作成する。
   
(2) 各種モデル分子の機能評価にマウスES/iPS細胞の培養系で比較検討する。
現在ヒトES細胞の未分化維持に関わるとされている、bFGF、BMP、activin-A 、IGFのモデル分子を作製し、ヒトES/iPS細胞へ応用を目指す。各種マトリックス分子の機能評価としてまずはマウスES/iPS細胞を用いて増殖と分化制御のための比較検討を行う。具体的にはE/N-cadherin を用いてマウスES/iPS細胞の挙動を調べ、肝細胞、心筋細胞、神経細胞等への分化誘導を行う。また、Activin-Fc とE-cad-Fc の共固定表面を用いて霊長類ES細胞の未分化維持が可能な培養系表面の構築を目指す。現在、マウスiPS細胞の培養方法はフィーダー細胞上の培養系が確立されているが、フィーダーレス培養系が未確立であるため、各モデル分子の機能評価としてフィーダー細胞上培養系でのES/iPS細胞の未分化増殖挙動との比較検討をおこない、ES/iPS細胞フィーダーレス培養系の確立をめざす。