京都大学(京大)は、合成分子を用いてヒトiPS細胞などの幹細胞を心筋細胞へと分化させる、新たな方法を開発したと発表した。

今回開発したPIP-S2がDNAに結合して幹細胞内の遺伝子情報を切り替え、幹細胞の心筋細胞への変化を誘導する様子を描いたイメージ(出所:京都大学Webサイト/(c)Sudhakar KeerthiPriya)

同成果は、京都大学高等研究院物質－細胞統合システム拠点(iCeMS)のガネシュ・パンディアン・ナマシヴァヤム 助教、杉山弘 連携主任研究者(兼 理学研究科 教授)、理学研究科の谷口純一 氏らの研究チームらによるもの。詳細は英国の学術誌「Nucleic Acids Research」に掲載された。

iPS細胞は、特定の臓器などの細胞に変化する前の細胞で、体内のどのような細胞にでも変化することができる。このように臓器などの細胞へ変化することを分化という。iPS細胞の分化を制御することで、病気や欠損した組織の再生や薬品開発、疾患発症のメカニズム解明などの研究が可能になる。

iPS細胞を特定の種類の細胞に分化させるためには、臓器発生に関わるさまざまなシグナルを活性化させたり抑制したりすることによって遺伝子の発現を制御する必要がある。この目的のためにさまざまな化合物が開発されてきたが、その標的分子はシグナル上流のタンパク質に限られており、DNAにコードされている遺伝子を直接制御できる化合物はなかった。

今回の研究では、iPS細胞の遺伝子を直接制御して中胚葉(心筋細胞など循環器系の細胞に変化する前の段階の細胞)への分化を引き起こすことを目的とし、「PIP-S2」という化合物を合成した。

PIP-S2はiPS細胞中で、SOX2というタンパク質が結合するDNA配列を見分けて、そこに結合する。結合すると、同じ場所にSOX2は結合できなくなる。SOX2は、転写因子としてその下流の遺伝子を制御し、iPS細胞が中胚葉へ分化するのを妨いで細胞を初期の「未分化状態」に保つ性質がある。したがって PIP-S2がSOX2を阻害すれば、中胚葉への分化が引き起こされると期待されていた。

研究では、PIP-S2をiPS細胞へ投与することで SOX2下流の遺伝子を制御し、ヒトiPS細胞を中胚葉へ分化させることに成功した。また、この中胚葉が収縮機能を持つ心筋細胞へさらに分化できるとしている。

今回の成果を受けて研究グループは、今回の研究で用いた化合物には、標的DNA配列を自由に変更できるという特徴があるため、将来的にはヒトiPS細胞を中胚葉以外のタイプの細胞に分化させるなど、さまざまなDNA配列をターゲットとする合成高分子の開発へつながることが期待されるとコメントしている。