【研究成果のポイント】

◆広くiPS細胞の培養などに使用されてきた合成細胞外マトリックス^※1であるラミニンE8フラグメント^※2に、ヘパラン硫酸鎖^※3が結合した次世代型合成細胞外マトリックスを開発した。
◆iPS細胞の分化誘導に次世代型合成細胞外マトリックスを用いると、沿軸中胚葉^※4への分化誘導が強く促進される。
◆沿軸中胚葉への分化誘導効率が上昇した結果、骨格筋幹細胞^※5の分化誘導効率も従来の約2倍に上昇した。
◆そのメカニズムとして、ヘパラン硫酸鎖が培地に含まれるbFGF^※6を捕捉してiPS細胞に効率よくシグナル伝達をすることが明らかとなった。

概要

大阪大学蛋白質研究所　関口清俊　寄附研究部門教授、CiRA臨床応用研究部門　超明明　特定研究員（研究当時、現：重慶医科大学基礎医学院・教授）、CiRA臨床応用研究部門　櫻井英俊　准教授らの研究グループは、ヘパラン硫酸鎖が結合した次世代型合成細胞外マトリックスを開発し、iPS細胞の分化誘導に用いることで、高効率に骨格筋幹細胞を分化誘導できることを見出しました。またそのメカニズムとして、ヘパラン硫酸鎖が培地に含まれる塩基性線維芽細胞成長因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)を捕捉してiPS細胞に効率よくシグナル伝達をすることが明らかとなりました。この成果により、iPS細胞から骨格筋幹細胞への分化誘導を生体由来原材料を用いずに実施可能となり、筋ジストロフィーの再生医療の実現に寄与すると期待されます。

この研究成果は2024年4月29日にドイツ科学誌「Advanced Science」にオンライン公開されました。

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用語説明

※1 細胞外マトリックス
細胞間の隙間を埋める生体高分子（コラーゲンやプロテオグリカン、ラミニンなど）の集合体。骨・軟骨、歯、皮膚などに多く含まれている。細胞の足場となり、細胞の増殖や分化の制御にも関わる。
※2 ラミニンE8フラグメント
細胞外マトリックスの一つで、基底膜を構成するラミニンの細胞接着活性を保持した組換えタンパク質。iPS細胞を始め細胞を培養する際に、細胞をディッシュと接着するための成分として広く使われている。
※3 ヘパラン硫酸鎖
細胞表面に存在する糖鎖で、細胞の機能を調節する役割を果たす。特にbFGF（塩基性線維芽細胞成長因子）のシグナル伝達に関与し、iPS細胞の分化誘導に影響を与える。
※4 沿軸中胚葉
脊椎動物の個体発生の一時期に現れる細胞集団で、体を支持するような組織（筋肉や骨、軟骨、真皮など）を生み出す。
※5 骨格筋幹細胞
骨格筋が損傷したとき、損傷部を修復するために骨格筋系の細胞に分化する幹細胞。
※6 bFGF
塩基性線維芽細胞成長因子(basic fibroblast growth factor)。多様な作用を持つ小型のタンパク質。細胞の表面にある線維芽細胞増殖因子受容体（FGFR）と結合して効果を発揮する。

特記事項

本研究成果は2024年4月29日にドイツ科学誌「Advanced Science」にオンライン公開されました。
論文名：Heparan Sulfate Chain-conjugated Laminin-E8 Fragments Advance Paraxial Mesodermal Differentiation Followed by High Myogenic Induction from hiPSCs
ジャーナル名：Advanced Science
著者：Mingming Zhao^1,4*, Yukimasa Taniguchi², Chisei Shimono², Tatsuya Jonouchi¹, Yushen Cheng³, Yasuhiro Shimizu², Minas Nalbandian¹, Takuya Yamamoto³, Masato Nakagawa³, Kiyotoshi Sekiguchi^2*, and Hidetoshi Sakurai^1*
*責任著者
著者の所属機関
1. 京都大学 iPS細胞研究所（CiRA）臨床応用研究部門
2. 大阪大学蛋白質研究所　マトリクソーム科学寄附研究部門
3. 京都大学 iPS細胞研究所（CiRA）未来生命科学開拓部門
4. 重慶医科大学基礎医学院　メディカルエピジェネティクスセンター
DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202308306

マトリクソーム科学（ニッピ）寄附研究部門（関口研）
http://www.protein.osaka-u.ac.jp/matrixome2023/