造血幹細胞の発生過程を試験管内で再現することに成功

[背景]
　造血幹細胞は骨髄の中に存在しており、自分自身を複製しながら生涯にわたって血液細胞を産生し続けています。造血幹細胞移植は血液疾患の治療において大変重要です。本研究グループは造血幹細胞の供給源として、多能性幹細胞から造血幹細胞を試験管内で分化誘導することを目指しています。また、造血幹細胞の発生過程で遺伝子変異が生じることが血液疾患の原因となる場合があります。造血幹細胞の正常な発生過程を試験管内で再現できれば、遺伝子変異の影響を調べて血液疾患の原因を究明できます。したがって、本研究では造血幹細胞の正常な発生過程を解明し、それを試験管内で再現することにより「造血幹細胞の分化誘導法を構築」することを目的としました。

[研究の内容・成果]
　マウス胚体から単離した血管内皮細胞から造血幹細胞を試験管内で分化させるためには、これまでは遺伝子改変を施した支持細胞との共培養や血清存在下での培養が必要でした。そのため、誰もが使える材料ではないことから汎用性が低いという問題点や、血清中に含まれる多様なサイトカイン等の影響がメカニズムの解明を妨げるという問題点がありました。そこで本研究では、誰でも利用できる材料のみを使用した血清フリーの培養法の構築を目指しました。

　造血幹細胞の発生は、胎生期に大動脈の血管内皮細胞から始まります。血管内皮細胞からプレ造血幹細胞が発生し、このプレ造血幹細胞が造血幹細胞へと分化します。はじめに、マウス胚体内のプレ造血幹細胞が発現しているシグナル因子受容体を探索した結果、SCFの受容体であるKITと、TPOの受容体であるMPLを発現していることが分かりました。そこで、マウス胚体から単離したプレ造血幹細胞を無血清培養液で培養する際に、SCFとTPOを添加したところ、どちらか一方だけでは造血幹細胞には分化しませんでしたが、両方が添加された条件で造血幹細胞に分化しました。さらに、血管内皮細胞からプレ造血幹細胞を経て造血幹細胞に分化させるためには、SCFとTPOに加えて、血管内皮細胞株を支持細胞と して加える必要があることも分かりました。この培養には、市販されている一般的な血管内皮細胞株と、サイトカインとしてSCF とTPO のみを用いており、汎用性の高い培養法の構築に成功しました。

 　胚体内において、血管内皮細胞からプレ造血幹細胞が発生する場所は大動脈内腔です。この環境には血管内皮とそれが産生するSCFが存在しますが、 TPO は存在しませんでした。TPOは肝臓の肝芽細胞だけが産生するため、プレ造血幹細胞は大動脈内腔から肝臓へと移行した後、TPOのシグナルを受け取って造血幹細胞へ分化することが分かりました。これらの結果から、血管内皮細胞からプレ造血幹細胞への分化には血管内皮と SCFが存在する大動脈内腔の環境が必要であり、プレ造血幹細胞から造血幹細胞への分化にはSCFとTPOが存在する肝臓の環境が必要であることが明らかになりました。本研究により構築した培養法は、血管内皮細胞から造血幹細胞が発生するそれぞれの過程に必要な環境を備えており、胚体内における造血幹細胞の発生を再現していると考えられます。

[展開]
　本研究により構築した培養法は、造血幹細胞の発生過程を詳細に解明できる強力な研究ツールになります。また、世界中で利用可能な汎用性の高い培養法であり、造血幹細胞の発生に関する研究の進展に貢献できると考えています。さらに、将来的には多能性幹細胞から造血幹細胞への分化誘導の実現につながることが期待されます。