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TSUKUBA FUTURE

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#117:自分の強みを生かして再生医療をサポート

自分の強みを生かして再生医療をサポート

医学医療系 西村 健 准教授

iPS細胞(人工多能性幹細胞)は、体細胞に、細胞の初期化に必要な4つの遺伝子を導入することで、人工的に作られる細胞です。様々な組織や臓器に分化させることができるので、病気やケガで失われた体の機能を回復させる再生医療への応用が期待されています。しかしながら、目的の細胞に確実に分化させる方法はまだ確立されていません。分化の過程で、未分化のまま残ったり、意図しない細胞に分化したものが混ざって、結果的にがん細胞になってしまうことも珍しくありません。西村さんは、iPS細胞が作られるメカニズムを解析し、より質の高いiPS細胞を作ることによって、より確実に分化しやすくする技術を研究しています。

研究の軸となるのが「センダイウイルスベクター」という遺伝子の運び屋です。ウイルスはそもそも細胞に侵入(感染)する性質を持っているので、細胞に様々な遺伝子を導入するツールになります。西村さんは、東北大学(仙台市)で発見されたことから名付けられたセンダイウイルスを元に、独自のウイルスベクターを開発しました。このセンダイウイルスベクターには、複数の遺伝子の発現バランスを制御できる上、遺伝子導入後には取り除くことができるという特徴があり、iPS細胞の誘導に用いたり、その過程を詳細に調べる際に有用です。

そこで、センダイウィルスベクターを使ってiPS細胞に必要な4つの遺伝子を体細胞に導入し、それぞれの発現量を操作してみました。その結果、4つのうちKLF4という遺伝子の発現量に応じて、iPS細胞の誘導を止めたり再開させたりできることを発見しました。また、4つの遺伝子の他に、Tcl1という遺伝子がKLF4によって誘導され、これがiPS細胞の誘導を加速する仕組みもわかりました。

研究室での風景写真

(iPS細胞の使い道は、再生医療だけでなく創薬など幅広い。医療との関わりへの手応えを感じながら、研究を進める)

もっと直接的に、良いiPS細胞を選び出す技術として、顕微鏡のシステムも開発しました。通常は、遺伝子発現の確認など、数多くの試験を行って、再生医療に用いるiPS細胞を選びますが、それでは時間も手間もかかり過ぎます。西村さんは、細胞を観察する顕微鏡の改良に取り組む中で、上述の、誘導が停止した質の悪いiPS細胞をその顕微鏡で観察したところ、ミトコンドリアに由来する白い点状のものが多く見られることを、偶然発見しました。これを数値化し、iPS細胞の質を画像解析によって選別するシステムを構築したのです。これだと、培養中のiPS細胞を生きたまま観察するだけで、質の落ちたものを発見して取り除くことも可能です。学内で顕微鏡を専門とする別のグループとの共同研究をきっかけに、思いがけない収穫が得られました。

西村さんは、大学生の時に聞いた講義で、人間の細胞に寄生してうまく生きているウイルスという生命体の不思議さに惹かれ、ウイルス研究を始めました。それが発展してウイルスベクターの研究につながりました。センダイウイルスベクターの開発に成功し、医療に応用できるのではないかと考えていた矢先に、iPS細胞という新しい研究対象が登場したのです。もともと医学には関心があり、自らが開発した技術を医療に役立てることのできる、格好の場が得られました。

iPS細胞を作るというのは、細胞の機能を初期化する、すなわち自然の流れに逆行するものです。極めて人為的なプロセスですが、逆の流れを知ることで、遺伝子の発現や抑制など、生命現象の基本的な部分を理解することにもつながります。例えば、ウイルスの中には、遺伝子としてRNAを持ち、RNAからDNAへと遺伝物質を逆転写するもの(レトロウイルス)があります。細胞にレトロウイルスが感染すると、レトロウイルスからの遺伝子発現が抑制される(サイレンシング)ことがありますが、そのメカニズムは不明でした。西村さんは、予めレトロウイルスに感染させた細胞に対して、センダイウイルスベクターを使ってiPS細胞誘導を行うと、非常に効率良くレトロウイルスのサイレンシングが起きることを発見しました。そして、この現象を細かく解析した結果、サイレンシングを起こす遺伝子やそれらの働きを明らかにすることができました。

iPS細胞は、再生医療などの応用はもちろん、基礎研究への広がりもあって、研究対象としての興味は尽きません。その中で、自分ならではの強みを生かせるところはないか、研究のターゲットを見つけるアンテナをどんどん伸ばしています。

伊藤さんの写真

(研究だけでなく教育にも力を入れる。その両立ができる大学は最高の環境)


 

(文責:広報室 サイエンスコミュニケーター)


(2020.3.9更新)

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