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FOP-iPSCとresFOP-iPSCの、軟骨分化能の確認と病態再現 　次に、FOP-iPSCとresFOP-iPSCそれぞれから神経堤細胞(NCC)注6、間葉系間質細胞（MSC）注7を介して、マイクロマス培養法注8により軟骨へと分化誘導しました。MSCの段階から誘導10日後の軟骨組織を観察したところ、FOP-iPSC由来の軟骨では、resFOP-iPSC由来の軟骨よりも軟骨のマーカー遺伝子(SOX9, COL2A1, ACAN)が高く発現しており、より大きな軟骨組織が形成されました。このことは、FOP患者さんの軟骨ができやすいという病態の一部を培養皿の上で再現することができたと考えられます。また、これにより、FOP患者さん体内に存在する変異ACVR1が軟骨への分化と成熟を促進していることが確認されました。 図２ 　FOP-iMSC（FOP-iPSC由来MSC）とresFOP-iMSC（resFOP-iPSC由来MSC） から分化誘導した軟骨組織（それぞれ、左、中・右） FOP-iMSCとresFOP-iMSCから分化誘導10日目の軟骨組織の様子を示している。 軟骨組織の軟骨基質がアルシアン青染色にて青く染められている。 FOP-iMSCからはresFOP-iMSCからよりも大きな軟骨組織が形成された。 3. 網羅的遺伝子解析による発現量の違う遺伝子群の同定 　また、iPS細胞、NCC、MSCそれぞれの段階で、マイクロアレイ注9を用いて、様々な遺伝子の発現を調べ、比較しました。それぞれの段階において、患者さん由来の疾患細胞と対照細胞はまとまって、標準的な細胞と異なる群に分類されています。これは遺伝子発現パターンが極めて近いことを示し、遺伝的背景がほぼ同一な細胞であることに一致した結果であると考えられます。 図3 それぞれの細胞の遺伝子発現の近似性 マイクロアレイで遺伝子の発現を調べ、各細胞の遺伝子発現の近似性を調べた。 下のヒートマップでは紫色が発現の高い遺伝子、緑色が発現の低い遺伝子を示している。 また、上の樹形図で、低い位置で枝分かれしているほど遺伝子発現パターンが近いことを示している。 これらよりFOP細胞は標準細胞よりも、resFOP細胞に近似していることが分かる。 PSC, iNCC, iMSC：標準的なiPS細胞、それから分化した神経堤細胞、間葉系間質細胞 また、FOP-iPSCとresFOP-iPSC、また途中の段階のFOP-iNCC（FOP-iPSC由来NCC）とresFOP-iNCC（resFOP-iPSC由来NCC）では遺伝子の発現にほとんど違いが見られませんでした。ところが、MSCの段階では、FOP-iMSCでresFOP-iMSC に比べ191もの遺伝子が2倍以上高く発現し、110遺伝子が2倍以上発現が低いことが確認されました。これより、FOP細胞とresFOP細胞は、MSCの段階でいくつか異なる遺伝子発現が見られるようになることが分かりました。中でもMMP1遺伝子とPAI1遺伝子がとりわけFOP-iMSCで高く発現していました。また、これらの遺伝子が軟骨分化を促進する働きがあり、FOPの病態に寄与していることが分かりました。 図4 FOP-iMSCとresFOP-iMSCでの遺伝子発現の違い 赤い棒グラフはFOP-iMSCでresFOP-iMSCよりも発現が高い遺伝子、 青い棒グラフはresFOP-iMSCでFOP-iMSCよりも発現が高い遺伝子を示している。 横軸の数字は、倍数を示す。 図5 今回の研究のまとめ 4. まとめ 　本研究では、FOP患者さん由来疾患iPS細胞のFOP変異を修復することで、FOP変異以外の遺伝的背景が同一の患者さん由来対照iPS細胞を作製することに成功しました。 疾患iPS細胞と対照iPS細胞を軟骨へと分化誘導させることで、疾患iPS細胞からは軟骨ができやすいという病態を体外で再現できました。また疾患モデル細胞と対照細胞を比較すると、とりわけ2つの遺伝子が疾患モデル細胞で発現が高く、また、軟骨生成を促し、FOPの病態に関与することが分かりました。 　今回のような患者さん由来の対照iPS細胞の作製はFOP以外の疾患においても、より的確な病態メカニズムの解明や有効な創薬へとつながると期待されます。 5. 論文名と著者 論文名New protocol to optimize iPS cells for genome analysis of fibrodysplasia ossificans progressiva ジャーナル名Stem Cells 著者Yoshihisa Matsumoto1,2,3,†, Makoto Ikeya2,†,＊, Kyosuke Hino2,4, Kazuhiko Horigome2,4, Makoto Fukuta1,2,3, Makoto Watanabe2,5, Sanae Nagata2, Takuya Yamamoto2,6, Takanobu Otsuka3, and Junya Toguchida1,2,7, †　筆頭著者 ＊　責任著者 著者の所属機関 京都大学再生医科学研究所 京都大学iPS細胞研究所（CiRA） 名古屋市立大学大学院医学研究科 大日本住友製薬株式会社先端創薬研究所 島津製作所基盤技術研究所 京都大学物質-細胞統合システム拠点（iCeMS） 京都大学大学院医学研究科整形外科学 6. 本研究への支援 本研究は、下記機関より資金的支援を受けて実施されました。 日本学術振興会　科学研究費補助金 文部科学省　「再生医療の実現化プロジェクト」 JST　再生医療実現拠点ネットワークプログラム　「iPS 細胞研究中核拠点」 JST 再生医療実現拠点ネットワークプログラム　「疾患特異的iPS細胞を活用した難病研究」 JST　研究成果展開事業研究成果最適展開支援プログラム「A-STEP」 iPS細胞研究基金 7. 用語説明 注１) 病態モデル その病気に特徴的な症状や性質を再現したもの。研究を行う際には、病態モデルを用いて病気の原因究明を行う。これまでも病態を再現した実験動物が、病態モデルとして多くの基礎研究に利用されていた。しかし、ヒトと実験動物とではシステムが異なることもあり、有効な病態モデルが得られないこともあった。ヒトの疾患特異的iPS細胞から病態が再現できれば、病態解明、創薬を目指した研究が容易になることが期待されている。 注２）エクソン 遺伝子を構成するDNAのうち、転写後、最終的にmRNAとなる部分。mRNAはリボソームにおいて翻訳されタンパク質を形成する。 注３）BAC（bacterial artificial chromosome：大腸菌人工染色体） 約300kbまでの長い遺伝子をクローニングできる、大腸菌が宿主のベクター（運び屋）である。大腸菌内での相同組換えにより、容易に遺伝子を任意に導入できる。 注４）相同組換え DNAの塩基配列がよく似た領域（相同部位）で起こるDNAの組換えのこと。二本鎖のDNAには、切断や変異が起こっても相補鎖を元に修復する機能が備わっており、これらの性質を応用して目的の場所の遺伝情報を変える技術。 注５）テラトーマ（奇形腫） ES細胞やiPS細胞といった多能性幹細胞を免疫不全マウスの皮下などに注射すると、腫瘍を形成する。この腫瘍はテラトーマと呼ばれ、様々な種類の組織が混在している。テラトーマを観察し、様々な組織に分化していることを確認することは、細胞の分化多能性を調べる一般的な方法の一つである。 注６) 神経堤細胞（neural crest cell：NCC） 頭頚部骨格系、角膜、末梢神経系、皮膚色素細胞など多様な細胞種への分化能を有する、胎児期に一過的に現れる移動性の細胞集団。神経冠細胞と呼ばれることもある。 注７）間葉系間質細胞（mesenchymal stromal cells：MSC） 骨・軟骨・脂肪細胞などといった間葉系の細胞に分化する能力を持った間質（結合組織）の細胞。軟骨への分化過程の一つに、神経堤細胞から間葉系間質細胞を経由して分化する過程が知られている。 注８）マイクロマス培養法 細胞を高濃度で調整し、滴状で培養皿上にまくことで作製される高密度の細胞塊をマイクロマスと呼び、その状態で培養する方法をマイクロマス培養法と呼ぶ。軟骨分化の際に用いられる。 注９）マイクロアレイ 多種類の微量な分子（核酸や抗体など）を基盤上に固定し、一度に膨大な数のDNAやRNA、タンパク質を網羅的に検査することができる解析技術。 ニュース イベント イベントカレンダー ニュースレター 刊行物 シンポジウム質疑応答 2019年 2018年 2017年 2015年 2014年 2011年 2010年 2009年 報道用写真素材 CiRAについて 所長挨拶 設立趣旨・沿革 組織 施設・機器 シンボルマーク 交通案内 リンク お問い合わせ iPS細胞研究基金 ご支援のお願い ご寄付者へのお礼 ご寄付の使い道 税控除について 基金について よくあるご質問 研究活動 主任研究者 研究成果 CiRAにおける研究 プロトコール トレーニング 研究材料の提供 CiRAの知的財産 再生医療用iPS細胞ストックプロジェクト 研究にご協力いただいた皆様へ 教育・キャリア 学生対象インターンシップ 研究者対象インターンシップ 修士・博士課程 高校生向け Life at CiRA もっと知るiPS細胞 よくある質問 用語説明 教材紹介 フォトギャラリー 動画 ニュース・イベント ニュース イベント イベントカレンダー ニュースレター 刊行物 シンポジウム質疑応答 報道用写真素材 採用情報 募集中 掲載終了 T-CiRA Altos-CiRA 交通案内　|　お問い合わせ　|　サイトマップ サイトポリシー・プライバシーポリシー Copyright © Center for iPS Cell Research and Application, Kyoto University. 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