多能性から神経運命が出現する際の細胞株の変異 (A) SA01 および i04 株の SR 条件における 6 日目の空間的発現。(B) PSC 株間の NANOG および SOX21 発現の変異。(i) 代表的な画像。スケールバー、100 μm。(ii) 経時的な各株の発現レベル (n = 5、独立した実験、∗、SA01 と i04 の比較: p p 値は SR と NSB の SOX21 レベル間のピアソン相関係数を参照)。(C) 分化の軌跡を示す PCA。クレジット: Stem Cell Reports (2024)。DOI: 10.1016/j.stemcr.2024.07.004
ジョンズ ホプキンス大学医学部の研究者らは、ヒト幹細胞の変異をマッピングし、個人の細胞が分子レベルで独自の「発達ダンス」を形成し、それによって脳と身体の創造を制御する仕組みを説明した。この発見は、ヒトの細胞変異の起源と意味についての理解を深め、病気や損傷を受けたヒトの臓器を再建するための個別化治療法や方法の設計を前進させる可能性がある。
研究、 出版された 9月10日にStem Cell Reports誌に発表された論文では、ヒト人工多能性幹細胞が使用された。これは、複数の種類の組織を形成できる初期胚発生の細胞に相当するタイプの幹細胞である。複数のドナーから採取した多能性細胞を研究した結果、遺伝的要因とエピジェネティック（非核DNA）要因が、初期脳発達における個人差にどのように影響するかが示された。
「人間の体全体は、 単一細胞「そして、発達中の胎児の細胞が分裂を始めると、遺伝子にプログラムされた振り付けを実行して新しい人間を作り上げます」と、ジョンズ・ホプキンス大学医学部神経学および神経科学部門の助教授であるカルロ・コラントゥオーニ博士は述べています。
しかし、コラントゥオーニは、この発達的ダンスは人類全体（そして 動物界）、この研究では、保存された人間のステップを修正し、独自の個体発達を生み出す分子パターンと遺伝子発現特性を明らかにしました。
この研究では、ジョンズ・ホプキンス大学とイェール大学の研究者らが「細胞リプログラミング」と呼ばれるプロセスを使用しました。これは、成熟した細胞を胚の多能性状態に戻すことができるもので、2012年にノーベル賞を受賞した技術です。具体的には、研究者らは成人の皮膚細胞を採取し、それを初期の胚の状態に戻しました。人工多能性幹細胞（iPSC）と呼ばれるこの細胞は、人体のあらゆる細胞に発達する可能性があります。
研究者らはiPSCを自由に成長させ、相互作用させ、細胞が本来の性質と個性を明らかにできるようにした。各遺伝子からどれだけのRNAが生成されているかを調べるRNAシーケンシングにより、研究者らは細胞が何をしているかを分子レベルで詳しく把握できるようになった。
次に、iPSC からの RNA データと発育中のマウスの胚のデータを組み合わせることで、研究者らはドナーの細胞の変異を哺乳類の発育の地形にマッピングしました。これにより、個々のヒト細胞が初期発育をどのように進めるかという体系的な違いを観察することができました。この違いは、100 人のヒト幹細胞ドナーからの公開データでも観察されています。
研究者たちは、RNA データから 2 種類の発達ダンスのパターン、つまりリズムが浮かび上がるのを確認しました。最初の種類のパターンは、すべてのドナーに共通しており、脳、心臓、肝臓など、人体の要素を作成する大きなモジュールを定義しています。2 つ目の種類のパターンは、より微妙で、進化の観点からは新しいもので、細胞の最終的な機能に関係なく、特定の個人の細胞にのみ存在します。
注目すべきは、人間のプログラムされた振り付けにおける個人差を示す新しいパターンが、研究室で観察された細胞だけでなく、ドナーの体内の成熟した細胞にも存在していたことだ。研究者らは、これは、細胞発達において観察された個人に特有の変化が、ドナー細胞が発達初期にたどったステップに影響を与えたことを示していると述べている。
科学者らは、論理的に推論すると、彼らの発見は、個人の細胞が取る独自のステップを示しているだけでなく、これらの細胞が、その人の生涯にわたる健康状態や病気のリスクに関する情報を保持していることも示していると述べている。コランチュオーニ氏は、これらの洞察が、再生医療におけるより正確な個別化アプローチへの道を開くかもしれないと述べている。
「私たちは誘発された研究を提唱しています 多能性幹細胞 コランチュオーニ氏は、「患者の従来の病歴、 ゲノム配列 生きた細胞は、患者の診断や治療のカスタマイズに日常的に使用されています。」
コラントゥオーニ氏は、科学者たちはヒトの細胞の違いの根底にある特定の分子メカニズムを明らかにし始めたばかりだと言う。 発達個人の成長中の細胞が独自のリズムで成長していくことによる長期的な健康への影響を理解するには、より大規模で多様なドナープールを用いたさらなる研究が必要です。
この研究に貢献した他の科学者は、Suel-Kee Kim、Seungmae Seo、Genevieve Stein-O’Brien、Amritha Jaishankar、Kazuya Ogawa、Nicola Micali、Yanhong Wang、Thomas Hyde、Joel Kleinman、Elana Fertig、Joo Heon Shin、Daniel Weinberger、Joshua Chenoweth、Daniel Hoeppner、Ronald McKayです。
詳細情報:
Suel-Kee Kim他「ヒト多能性幹細胞からの前方から後方への神経運命の出現における個体差」Stem Cell Reports (2024)。 DOI: 10.1016/j.stemcr.2024.07.004
提供元
ジョンズホプキンス大学医学部
引用: 幹細胞マップが人間の発達における個人差の背後にある分子の振り付けを明らかにする (2024 年 9 月 25 日) 2024 年 9 月 25 日に https://medicalxpress.com/news/2024-09-stem-cells-reveals-molecular-choreography.html から取得
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#幹細胞マップが人間の発達における個人差の背後にある分子の振り付けを明らかにする
2024-09-25 18:17:04