システム疾患モデル研究センター・発生工学研究分野

連絡先：吉田進昭（教授）

〒108-8639 東京都港区白金台4-6-1
東京大学医科学研究所システム疾患モデル研究センター発生工学研究分野
E-mail:nobuaki[at]ims.u-tokyo.ac.jp

われわれの研究室は、発生工学をベースにした研究室で、これまでに多数の生体内における遺伝子機能解析に関わってきました。ノックアウトして初めて明らかになったin vitroの実験ではわからない遺伝子の新しい機能の発見などを通じて生命の不思議さ、面白さを実感しています。システム疾患モデル研究センターは国内外の大規模プロジェクトと連携し、網羅的遺伝子ノックアウトのみならず、遺伝子発現調節機構を担う非翻訳領域の解明にも力を注いでいます。われわれの研究室は、研究者自身の自主的発想を重視し、その研究が遺伝子機能の解明、疾患モデルの作成、医学への応用へとつながっていくことを念頭に置いて、明るく活発な雰囲気の中で研究を行っています。キーワードは発生工学、ES細胞、神経幹細胞、リンパ管であり、現在のプロジェクトは下記の4つに集約されます。個性的な人、元気のいい人、実験が何よりも大好きな人の研究室来訪を歓迎します。

（1）発生工学的手法を用いた遺伝子機能の解析

（2）ES細胞の自己複製能の研究→ ES細胞、iPS細胞研究の現状

（3）神経幹細胞とその発生分化の研究

（4）リンパ管の発生分化の研究

(1）発生工学的手法を用いた遺伝子機能の解析

個体レベルで遺伝子機能を探る手法としてのgain of functionとloss of functionの系がトランスジェニック（Tg）マウスとノックアウト（KO）マウスです。1つの遺伝子であっても、さまざまな組織で種々な時期に機能していることから、Cre-loxPやFLP-frtシステムをin vitroやin vivoで組み合わせたコンディショナルKOの系や、タモキシフェン等による誘導型遺伝子不活性化、点突然変異の導入などを駆使してより詳細な遺伝子機能の解析を行っています。また免疫系や脳神経系の分野で特に需要の高いC57BL/6由来ES細胞を用いたターゲティングも安定的にできるようになって来たほか、さらにTgにおいても導入遺伝子の挿入場所、コピー数をコントロールするためにES細胞を用いた系を積極的に利用しています。特定の組織における遺伝子機能を解析するためには、組織・細胞特異的な発現をするCre-Tgの作成が重要であり、ES細胞を用いたノックインマウス作成はますます重要性を増しています。またmiRNAが遺伝子のイントロンに存在していて共に破壊されてしまっている例もあり、いかに遺伝子を望む形に改変するか、疾患モデルに近づけるか、が重要となってきています。世界的にすべての遺伝子をKOするKOMPやEUCOMのプロジェクトも進行しており、それらとも連携しながら我が国におけるノックアウトプロジェクトを進めています。

（2）ES細胞の自己複製能の研究

ヒトES細胞やiPS細胞の樹立により、再生医療に対する期待はかつてないほどの高まりを見せています。iPS細胞はepigenetic memoryが残るため、完全に初期化されていないことが知られており、エピジェネシスの研究は非常に重要と考えられてきています。iPS細胞の臨床応用のためにも、ES細胞の未分化性維持機構やその分化制御は重要な研究課題です。われわれの研究室では未分化ES細胞で機能する遺伝子やエピジェネシスに関与する遺伝子を個体レベルとES細胞レベルで解析しており、ES細胞（胚性肝細胞）と体性幹細胞（特に神経系、造血系）での機能関連性も興味深い研究課題です。当研究室で研究を続けているRNA結合蛋白であるPTBのノックアウトマウスは胎生期の着床前後に死亡、またnull ES細胞は増殖が著明に障害されていることが明らかとなりました。PTBのES細胞における細胞周期制御や増殖に関係する機序の解析を続けるほか、PTBが神経幹細胞でどのような機能を果たしているかを解析するために、コンディショナルKO法を用いて研究を行っています。実際にこのマウスは水頭症を発症していることが明らかとなって来ています。さらには、エピジェネシスに関与する分子であるFbxl10のKOマウスは外脳症を呈し、この分子は神経幹細胞分化にも関与することを発見しました。さらにこの分子の生殖細胞分化への関与の解析を始めているほか、相同遺伝子であるFbxl11へも研究が展開しています。

→ ES細胞、iPS細胞研究の現状

（3）神経幹細胞とその発生分化の研究

　脳神経は自己再生の難しい組織であり、多くの神経疾患に対して治療法が確立されていないのが現状です。そのため神経幹細胞の性状解析は再生医療の面からも注目されている研究分野であります。中枢神経系の発生過程において、上記のPTBやFbxl10をはじめとしてpolycomb遺伝子群に代表されるepigenetics制御因子や神経幹細胞集団に発現するRNA splicing調節因子等に注目し解析を進めております。実験手法としては電気穿孔法(In Utero Electroporation法)やウイルスを用いた遺伝子導入法に加え、我々の得意とする発生工学的手法を駆使して細胞レベルのみならず個体レベルでの遺伝子機能解析を行っております。　特に(a)神経幹細胞の自己複製能及び分化制御能 (b)胚性幹細胞-神経幹細胞間で見られる相違性といった点に関する研究を進めています。

（4）リンパ管の発生分化の研究

たくさんのマウスを扱っていると、観察力と粘りがあればその中からユニークな変異マウスが分離できます。われわれはKOマウス作成の過程でリンパ浮腫や乳び腹水を呈する突然変異マウスを発見、系統分離に成功し、連鎖解析により原因遺伝子の同定まで至りました。これはreverse genetiscとは逆の、従来からのforward geneticsといわれる方法です。このマウスの発見を契機にして、われわれは発生工学的手法や骨髄移植の系を用いて、リンパ管の発生分化の解析を分子レベルで行っています。血管の発生分化研究に比してリンパ管のそれはまだ遅れをとってはいますが、リンパ管の分化研究はリンパ性疾患のみならず、癌組織におけるリンパ管新生やリンパ性転移の解明にもつながる重要な研究課題でもあります。またSV40温度感受性T抗原を組織特異的に発現するTgマウスを作製し、そのマウスから臓器・組織別の血管内皮細胞やリンパ管内皮細胞の継代培養を可能にするシステムを開発しました。このマウスを用いれば、種々な組織から動物個体における本来の性質を保持した状態での細胞が長期培養可能となるため、利用価値が高く今後の展開が期待されています。