遺伝子の変異によらないがん化の仕組みを解明
～ｉＰＳ細胞技術の応用～

＜ポイント＞

• マウス体内で初期化因子を一時的に働かせることで、がん形成のモデルを作製した。
• モデルマウスで発生させた腎臓がんは、腎芽腫^注１）と似た特徴を示した。
• モデルマウスで生じたがん細胞では、エピゲノム^注２）が変化していた。
• がん細胞を完全に初期化したところ、正常な腎細胞を形成した。

＜研究の背景＞

ｉＰＳ細胞は分化した体細胞に少数の因子を作用させることで作製することができます。体細胞を初期化するためには、様々な反応が細胞内で協調して働きますが、いまだその詳細なメカニズムについては不明です。細胞を初期化する途中には、ｉＰＳ細胞ではないコロニーがよく現れることが知られていますし、一部の細胞は正しい初期化からそれ、不十分な初期化が起きているという報告もあります。しかし、このような初期化に失敗した細胞について、これまで研究がなされていませんでした。

うまく初期化できなかった細胞ができてくる過程には、がんが形成される過程と似た部分があります。初期化の際には、分化した体細胞は無限増殖・自己複製能を獲得し、遺伝子の働き方がダイナミックに変化しますが、このイベントはがんができる過程でも重要なイベントです。このような類似性から、初期化プロセスとがん形成が共通したメカニズムで進められている可能性が考えられます。

不十分な初期化を起こすことで、がんの形成が起きないかどうかを調べるため、山田教授らのグループは生体内で初期化が起きるマウスのシステムを作りました。

＜研究結果＞

１．マウス体内で不完全な初期化を起こし、腫瘍を形成させた。

研究グループはＤｏｘｙｃｙｃｌｉｎｅ（Ｄｏｘ）^注４）を作用させると４つの初期化因子（Ｏｃｔ３／４，Ｓｏｘ２，Ｋｌｆ４，ｃ－Ｍｙｃ ）が働く仕掛けを持ったマウスを遺伝子改変によって生み出しました。このマウスに２８日間Ｄｏｘを与えたところ、各種臓器において体細胞がｉＰＳ細胞へと初期化され、さらにｉＰＳ細胞から３胚葉に分化した奇形腫が形成されていることが確認できました。一方で、７日間Ｄｏｘを与え、さらにＤｏｘを抜いて７日後に観察したところ、腎臓をはじめ各種臓器で腫瘍の形成が見られましたが、こちらは奇形腫とは異なる、腫瘍を形成していました（図１）。

２．腫瘍の細胞ではエピゲノムが変化していた。

今回の方法で作り出した腫瘍の細胞を調べてみると、小児腎臓がんである腎芽腫とよく似た性質を示していました。これは、今回作り出したマウスが、腎芽腫のモデル系として有効なツールであることを示しています。また、エピゲノムの状態（ＤＮＡのメチル化度合い）を調べて見たところ、元の腎臓の状態を保持しつつも、部分的に多能性幹細胞（ｉＰＳ／ＥＳ細胞）と似たパターンになっていることが明らかとなりました（図２）。

３．腫瘍を形成した細胞を初期化すると通常の腎臓をつくることができた。

一般的にがんの形成は遺伝子の変異が蓄積することで生じると知られています。今回作り出した腎臓の腫瘍の細胞は腎芽腫にとてもよく似た性質を示していましたが、遺伝子の変異は見つかりませんでした。この細胞からｉＰＳ細胞を作り、腫瘍由来の細胞を含むキメラマウス^注５）を作りましたが、そのマウスの体内では腫瘍由来の細胞も正常の腎臓を形成していました。これは、今回の腫瘍の形成には遺伝子の変異が決定的な要因ではなかったことを示しています（図３）。

＜まとめ＞

マウスの体内で初期化を起こす仕組みを作り、不完全な初期化が腎芽腫と似た腫瘍の形成を引き起こすことを示しました。これまでがんの形成には遺伝子変異の蓄積が重要であると言われてきました。しかし今回の結果から、ある種の腫瘍は遺伝子の変異ではなく、エピゲノムの状態の変化によってもがんが形成されることを示しました。つまり、エピゲノムの状態を変化させることができれば、がん細胞の性質を変化させ、将来的にはがんの新しい治療法につながる可能性があります。

また、今回の研究ではゲノムの変異を起こさずにエピゲノムの状態を制御する手法としてｉＰＳ細胞の技術を利用しました。このようにｉＰＳ細胞技術を利用することで、疾患研究に新しい観点をもたらすことが期待できます（図４）。

＜論文名と著者＞

○　論文名

“Premature termination of reprogramming in vivo leads to cancer development through altered epigenetic regulation”

○ジャーナル名

Cell

○著者

Kotaro Ohnishi^1,2,*, Katsunori Semi^1,3,*, Takuya Yamamoto^1,3, Masahito Shimizu², Akito Tanaka¹, Kanae Mitsunaga¹, Keisuke Okita¹, Kenji Osafune¹, Yuko Arioka¹, Toshiyuki Maeda⁴, Hidenobu Soejima⁴, Hisataka Moriwaki², Shinya Yamanaka^1,3,5, Knut Woltjen^1,6, Yasuhiro Yamada^1,3,7**

＊）これらの研究者はこの論文に同程度寄与しました。
＊＊）責任著者

○著者の所属機関

• １．京都大学 ｉＰＳ細胞研究所（ＣｉＲＡ）
• ２．岐阜大学 大学院医学系研究科
• ３．京都大学 物質－細胞統合システム拠点（ｉＣｅＭＳ）
• ４．佐賀大学 医学部
• ５．グラッドストーン研究所
• ６．京都大学 白眉センター
• ７．科学技術振興機構（ＪＳＴ） さきがけ

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１）腎芽腫

小児の腎腫瘍の中でも最も多い割合で見られる腫瘍。ウィルムス腫瘍とも呼ばれている。神経芽腫および肝芽腫と並んで代表的な小児悪性腫瘍の１つ。

注２）エピゲノム

生物が生きるために必要な遺伝子の配列情報の総体をゲノムと呼ぶのに対し、その配列情報とは別の仕組みで遺伝子の働きを制御する機構をエピゲノムと呼ぶ。様々な調節機構が知られているが、ここでは遺伝子のメチル化などをエピゲノムの指標として観察している。

注３）ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 個人型研究（さきがけ）

研究領域	「ｉＰＳ細胞と生命機能」（研究総括：西川 伸一　ＪＴ生命誌研究館　顧問）
研究課題名	「リプログラミングによるがん細胞エピジェネティック異常の起源解明とその臨床応用」
個人研究者	山田 泰広
研究期間	平成２０年６月～平成２４年３月

注４）Ｄｏｘｙｃｙｃｌｉｎｅ（Ｄｏｘ）

抗生物質の一種。遺伝子工学ではこの物質に反応して遺伝子のオンオフを制御する仕組みがよく用いられている。本研究中では、Ｄｏｘｙｃｙｃｌｉｎｅが体内に取り込まれると、初期化因子と蛍光物質が作られるように遺伝子を操作したマウスを作製し利用している。そのため、Ｄｏｘｙｃｙｃｌｉｎｅを作用させると細胞は赤く光り、初期化因子が働いてｉＰＳ細胞が誘導される。

注５）キメラマウス

２種以上の遺伝形質の異なる細胞で作られたマウスのこと。ここでは、腫瘍由来のｉＰＳ細胞を通常のマウスの胚の中に移植したマウスのこと。腫瘍由来の細胞にはＤｏｘに応答して光るような遺伝子が組み込まれている。

注６）ＪＳＴ 国際科学技術共同研究推進事業（戦略的国際共同研究プログラム）

研究領域	日カナダ共同研究 「幹細胞のエピジェネティクス」（研究主幹：須田 年生　慶應義塾大学 医学部　教授）
プロジェクト名	「細胞移植治療の実現に向けた細胞アイデンティティー制御」
日本側研究代表者	山田 泰広
研究期間	平成２５年４月～平成３０年３月

＜お問い合わせ先＞

＜研究に関するお問い合わせ先＞

京都大学 ｉＰＳ細胞研究所（ＣｉＲＡ） 研究支援部門 国際広報室
和田濵
Tel：075-366-7005　Fax：075-366-7023
E-mail：

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〒102-0076 東京都千代田区五番町７　Ｋ’ｓ五番町
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