幹細胞の「記憶消去」がより良い再生療法の鍵となる可能性

プラトン再発行

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幹細胞は、他の種類の細胞になることができる、私たちの体の特別な種類の細胞です。それらは医学として大きな可能性を秘めており、病気で損傷した細胞を置き換えるために幹細胞を使用する試験が現在進行中です。パーキンソン病のように.

幹細胞を取得する方法の XNUMX つはヒトの胚から取得することですが、これには倫理的な懸念と実際的な制限があります。もう一つの方法は、皮膚などの成体細胞を「人工多能性幹細胞」（iPS細胞）と呼ばれるものに変えることです。

ただし、これらの細胞は、以前の細胞の種類の「記憶」を保持している場合があり、そのため、細胞を他の種類の細胞に変えようとすると、予測不可能になったり、効率が低下したりする可能性があります。

研究でに発表され自然同僚と私は、この記憶を消去し、iPS 細胞を胚性幹細胞のように機能させる方法を発見しました。

再生医療への大きな期待

皮膚細胞のような成熟した特殊な細胞は、研究室で iPS 細胞に再プログラムできます。これらの「白紙の状態」の細胞は、損傷または病気の細胞、器官、または組織の再生、修復、または交換に焦点を当てた分野である再生医療において大きな期待を示しています。

科学者は患者自身の組織から iPS 細胞を作成できるため、新しい細胞が患者の免疫系によって拒否されるリスクが少なくなります。

一例を挙げると、iPS細胞はテストされている糖尿病患者を助けるためにインスリンを産生する膵臓細胞を作るためのものです。私たちはまだそこまで到達していませんが、これは可能性のあるものの例です。

iPS細胞を用いた研究は急速に進歩している分野ですが、技術的な課題も多く残されています。科学者たちは、iPS 細胞がどのような細胞型になるかをより適切に制御し、プロセスの安全性を確保する方法をまだ模索中です。

これらの技術的課題の XNUMX つは、iPS 細胞がかつての細胞型の痕跡を保持する「エピジェネティックメモリー」を克服することです。

エピジェネティック記憶とそれがどのように iPS 細胞の使用を妨げるのか

「エピジェネティック記憶」を理解するために、まずエピジェネティックスについて話しましょう。私たちの DNA には、遺伝子として知られる一連の命令が組み込まれています。 DNA 配列自体を変えることなく、さまざまな要因が遺伝子の活性に影響を与える (遺伝子の活性をオンまたはオフにする) 場合、これはエピジェネティクスとして知られています。これは文字通り「遺伝学を超えた」という意味です。

細胞のエピゲノムは、細胞内のすべてのエピジェネティックな修飾を表す総称です。私たちの各細胞には同じ DNA が含まれていますが、どの遺伝子がオンになるかオフになるかはエピゲノムによって制御され、これによって細胞が心臓細胞、腎臓細胞、肝臓細胞、またはその他の細胞型になるかどうかが決まります。

DNA は料理本、エピゲノムはブックマークのセットと考えることができます。ブックマークはレシピを変更しませんが、どのレシピが使用されるかを指示します。

同様に、エピジェネティックマークは細胞を 解釈する 遺伝コードを変えずに。

成熟細胞を iPS 細胞に再プログラムするとき、その「しおり」をすべて消去したいと考えます。ただし、これが常に完全に機能するとは限りません。ブックマークが残っていると、この「エピジェネティック記憶」がiPS細胞の挙動に影響を与える可能性があります。

皮膚細胞から作られたiPS細胞は、皮膚細胞だったときの部分的な「記憶」を保持することができるため、皮膚のような細胞に戻る可能性が高く、他の種類の細胞に変化する可能性は低くなります。これは、DNA のエピジェネティックマークの一部が細胞に皮膚細胞のように振る舞うように指示できるためです。

これは、iPS 細胞を目的の種類の細胞に変えるプロセスに影響を与える可能性があるため、iPS 細胞を使用する際のハードルとなる可能性があります。また、細胞が作成された後の機能にも影響を与える可能性があります。膵臓の修復に iPS 細胞を使いたいが、その細胞が皮膚細胞だったという「記憶」を持っている場合、真の膵臓細胞ほど機能しない可能性があります。

iPS細胞のエピジェネティック記憶を消去して機能を改善する方法

iPS 細胞におけるエピジェネティック記憶の問題を克服することは、再生医療における課題として広く認識されています。

成人の皮膚細胞をiPS細胞に再プログラムするときにエピゲノムがどのように変化するかを研究することで、エピジェネティックな記憶をより完全に消去する細胞を再プログラムする新しい方法を発見しました。私たちは、胚細胞のエピゲノムが自然にリセットされる方法を模倣した方法を使用して細胞を再プログラムすることによってこの発見を行いました。

胚の発生初期、つまり子宮に移植される前に、精子と卵細胞から受け継いだエピジェネティックなマークは基本的に消去されます。このリセットにより、初期胚の細胞が新たにスタートし、胚が成長して発達するにつれてあらゆる種類の細胞になることができます。

このリセットプロセスを簡単に模倣する再プログラミングプロセス中にステップを導入することにより、従来の iPS 細胞よりも ES 細胞に近い iPS 細胞を作成しました。

iPS細胞におけるエピジェネティック記憶のより効果的な消去は、その医学的可能性を高めるでしょう。これにより、iPS 細胞が ES 細胞と同様に「白紙の状態」で動作できるようになり、任意の細胞型に変換します.

iPS 細胞が過去のアイデンティティを忘れることができれば、より確実に記憶できるようになります。あらゆる種類の細胞になる糖尿病患者の新しいインスリン産生細胞やパーキンソン病患者の神経細胞など、治療に必要な特定の細胞の作成を支援します。また、iPS細胞を医療に使用する際の予期せぬ行動や合併症のリスクも軽減できる可能性がある。

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画像のクレジット： NIHの