幹細胞ゲノミクス

生物学と医学において、幹細胞ゲノミクスとは幹細胞のゲノムを分析することです。現在、ゲノム配列決定のコストが劇的に低下したため、この分野は急速に拡大しています。幹細胞ゲノミクスの研究は、幹細胞生物学の研究と幹細胞の治療への応用の可能性に広範囲に影響を及ぼします。

この分野の研究を応用すると、DNAおよびトランスクリプトームの配列解析による多能性幹細胞の分子特性の解明、および幹細胞とその後の産物のエピジェネティックな変化の調査によって、新薬の発見や疾患に関する情報の発見につながる可能性があります。

そのプロセスの1つのステップは、単一細胞表現型解析と、特定の幹細胞の表現型と遺伝子型の関連性です。現在のゲノムスクリーニングは細胞集団全体に対して行われていますが、単一の幹細胞に焦点を当てることで、幹細胞の分化の程度の違いに関連する特定のシグナル伝達活動を決定し、異質な集団による背景を制限するのに役立ちます。^[1]

人工多能性幹細胞（iPSC）、つまり多くの異なる細胞型に分化できる幹細胞の単一細胞解析は、アルツハイマー病（AD）などの疾患の治療に提案されている方法である。これには、散発性ADと家族性ADの違いを理解することも含まれる。まず患者から皮膚サンプルを採取し、レトロウイルスを使用してOct4、Sox2、KLF4、cMYCなどの幹細胞遺伝子をコードする細胞を導入することで形質転換する。これにより、皮膚細胞を患者固有の幹細胞株に再プログラムすることができる。^[2]これらの個々の細胞のゲノム配列を取得すると、患者固有の治療が可能になり、AD疾患モデルの理解が深まる。

この技術は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）や脊髄性筋萎縮症（SMA）などの類似の疾患にも応用できる。単一の患者から生成されたこれらの幹細胞は、上記の疾患に罹患した細胞の生成にも使用できる。前述のように、各疾患の患者固有の表現型も導き出される。より安全な薬剤を開発するためのさらなる化学分析は、iPSCの配列情報と細胞培養試験を通じて行うことができる。特定の薬剤の開発後、安全性試験も行いながら、他の患者の疾患細胞に移植することができる。^[3]

幹細胞ゲノミクスの研究には、クロマチン調節変異に関するゲノム規模の研究であるエピゲノミクスが含まれます。これらの研究は、再生医療モデルと幹細胞分化の研究を拡大することも期待されています。発達中の細胞タイプ固有の遺伝子発現パターンは、クロマチン レベルでの相互作用の結果として発生します。

幹細胞エピゲノミクスは、ヒト胚性幹細胞(hESC) のエピジェネティックな可塑性に焦点を当てています。

これには、転写開始によって変更され、遺伝子サイレンシングに関連するプロモーターまたはクロマチン領域としての二価ドメインの調査が含まれます。

彼らはまた、活性エンハンサーとポーズエンハンサー、またはシグナル伝達依存性遺伝子調節を特に制御するエンハンサーの違いも調べています。活性エンハンサーはヒストンH3- H3K27acのアセチル化によって特徴付けられ、ポーズエンハンサーはH3K27me3でメチル化されます。

幹細胞エピゲノム研究では、DNAメチル化パターン、特にヒドロキシメチル化と全体メチル化の特性、およびCpGアイランドに富むプロモーターとCpGに乏しいプロモーターのメチル化の違いについても調査しています。マウス胚性幹細胞（mESC）では、移植されたmESCが移植先の胚のヒストンメチル化と同様の特性を帯びることが判明しており、メチル化は環境を示す可能性があることが示されています。これは、人工多能性幹細胞と胚性幹細胞の違いに関する研究の指針となります。これらの研究では、まずクロマチンシグネチャの読み取りを強化することで、iPSCの分化能力に関する情報が得られることを期待しています。

また、ヒトの胚の発達を制御する調節因子の調査も行なうことが期待されています。^[4] 前述のように薬物療法技術を使用することで、エピゲノミクスにより薬物の作用に関するより多くの情報も得られます。

• 幹細胞プロテオミクス