2012年、京都大學(xué)の山中 伸彌教授がノーベル生理學(xué)?醫(yī)學(xué)賞を受賞されたことで、その分野の研究者以外にも広く認(rèn)知されることとなった iPS細(xì)胞（人工多能性幹細(xì)胞）。皮膚繊維芽細(xì)胞や血球細(xì)胞にいくつかの遺伝子を?qū)耄ē辚抓恁哎楗撺螗埃─工毪长趣?、體中のいろいろな細(xì)胞に分化することができます。このiPS細(xì)胞やES細(xì)胞（胚性幹細(xì)胞）など、再生醫(yī)學(xué)につながる研究で成果をあげているのが、自治醫(yī)科大學(xué) 分子病態(tài)治療研究センター 再生醫(yī)學(xué)研究部の魚崎 英毅 準(zhǔn)教授です。再生醫(yī)學(xué)黎明期から再生醫(yī)學(xué)に関心を持ち続け、心臓発生や心筋細(xì)胞の分化?成熟メカニズムの解明に向けて多面的に研究に取り組んでいる魚崎準(zhǔn)教授に、これまでの研究成果や今後の展望などをうかがいました。

自治醫(yī)科大學(xué) 分子病態(tài)治療研究センター 再生醫(yī)學(xué)研究部 魚崎 英毅 準(zhǔn)教授

魚崎準(zhǔn)教授が再生醫(yī)學(xué)などに興味を持ち始めたのは、まだ高校生だった1990年代後半のことでした。1990年代にヒトゲノム計畫が始まり、ヒトゲノムの塩基配列の解析が進(jìn)んでいたこともあり、魚崎準(zhǔn)教授は「これから生命現(xiàn)象の時代が來る」と感じたと言います。醫(yī)學(xué)部に進(jìn)學(xué)した1998年には世界で初めてヒトのES細(xì)胞が作られるなど、1990年代後半から2000年代前半にかけては、再生醫(yī)學(xué)黎明期ともいえる時代でした。2004年に醫(yī)學(xué)部を卒業(yè)後、研修醫(yī)として勤務(wù)した際に、診療科として強く惹かれたのが循環(huán)器內(nèi)科?！秆h(huán)器」と「再生醫(yī)療」とが重なりあう領(lǐng)域で研究者として歩みたいという思いを強めました。そこで、當(dāng)時、日本で再生醫(yī)療やES細(xì)胞の研究で先頭を走っていた京都大學(xué)の大學(xué)院に入り、「マウスのES細(xì)胞から多くの心筋細(xì)胞を作る」という研究を進(jìn)めることになりました。

2006年にマウス、2007年にヒトで実現(xiàn)したiPS細(xì)胞の技術(shù)は、現(xiàn)在、疾患研究、創(chuàng)薬研究（iPS創(chuàng)薬）、再生醫(yī)療などの分野で応用されています。創(chuàng)薬研究においては、進(jìn)行性骨化性繊維異形成癥（FOP）や筋萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)に対する醫(yī)薬品の研究が進(jìn)行中です。再生醫(yī)療においてはパーキンソン病、脊髄損傷、加齢性黃斑変性、網(wǎng)膜色素変性癥、心筋癥などへの応用に向けて臨床研究が進(jìn)んでいます。

魚崎準(zhǔn)教授もiPS細(xì)胞を使って心筋細(xì)胞を作り、疾患研究と創(chuàng)薬研究を行っています?；颊哂蓙恧渭?xì)胞で作れることや、受精卵以外の様々な細(xì)胞から作れることなど、iPS細(xì)胞は再生醫(yī)學(xué)の研究やその応用に大きなメリットをもたらします。魚崎準(zhǔn)教授は「iPS細(xì)胞由來心筋細(xì)胞を使えば、心臓の成り立ちや心筋細(xì)胞ができる過程など、発生學(xué)に近い部分での理解に役立ちます。また、たとえば、病気の遺伝子があったときに、それがどのように心筋細(xì)胞に悪さをしているのかを研究するなど、iPS細(xì)胞由來心筋細(xì)胞は疾患研究の発展にもつながります。iPS由來心筋細(xì)胞が數(shù)多く作れるようになれば、心筋梗塞を起こした心筋細(xì)胞をiPS細(xì)胞由來心筋細(xì)胞で置き換える再生醫(yī)療に生かされていきます。実際、こういった目的で研究を進(jìn)められている先生もたくさんいらっしゃいます」と、iPS細(xì)胞由來心筋細(xì)胞の研究を進(jìn)めることの意義を説明しています。

心筋細(xì)胞の成熟を制御するメカニズムを突き止める

ここ數(shù)年、魚崎準(zhǔn)教授が力を入れているのが、心筋細(xì)胞の成熟に関する研究です。魚崎準(zhǔn)教授は、「ヒトが生まれたときに、その心筋細(xì)胞もまた子どものものです。胎児の心筋細(xì)胞が子どもの心筋細(xì)胞になり、やがて大人の心筋細(xì)胞になります。何がこの変化を支えているのかを研究しています?！工妊预い蓼?。過去には、細(xì)胞外マトリックスのラミニンの特定のアイソフォームが心筋細(xì)胞の成熟を支えていることを発見しています。

iPS由來心筋細(xì)胞を使った研究を進(jìn)めていくうえで大きなハードルになっているのが、iPS由來心筋細(xì)胞が未熟であり、通常の成熟心筋細(xì)胞と形や性質(zhì)が異なっているという點です。iPS由來心筋細(xì)胞は、小さく、丸い形をしており、その形態(tài)や構(gòu)造は胎児期の心筋細(xì)胞とほぼ同等です。未熟で通常の心筋細(xì)胞と比べて大きく性質(zhì)が異なっているため、患者由來のiPS細(xì)胞で疾患研究を進(jìn)めたとしても、そこで得られた結(jié)果を患者さんに適用できるのかという疑問が殘ります。そこで、魚崎準(zhǔn)教授は、iPS細(xì)胞由來心筋細(xì)胞を成熟させ、大人のそれに近づける方法を研究しています。魚崎準(zhǔn)教授は、心筋細(xì)胞の成熟過程、特に生後に活性化する転寫因子群や、幹細(xì)胞由來の心筋細(xì)胞で活性低下している転寫因子群を調(diào)べることで、心筋細(xì)胞の成熟を制御しているメカニズムの予想を立てました。候補となった92個の転寫因子を1つずつ心筋細(xì)胞に感染させ、実際に成熟度が上がるのかを評価した結(jié)果、PGC1aとPGC1bと呼ばれる分子が心筋細(xì)胞の成熟に必須であることが分かりました。

　ところで、未熟な心筋細(xì)胞と成熟した心筋細(xì)胞の違いは何でしょうか。形態(tài)?構(gòu)造?機(jī)能?代謝などに違いが見られます。形態(tài)や構(gòu)造ですが、大人の心筋細(xì)胞は長方形のような形で、縞模様がきれいに並んでいます（橫紋構(gòu)造）。筋肉の収縮を擔(dān)うサルコメアの収縮弛緩にはエネルギーが必要なため、成熟が進(jìn)むと、ミトコンドリア（エネルギー産出などの役割を擔(dān)う細(xì)胞內(nèi)小器官）の量が増えます。また、生後に起こる現(xiàn)象として、細(xì)胞內(nèi)にカルシウムを取り込むための橫行小管（Ｔ細(xì)管）が細(xì)胞內(nèi)に入り込みます。機(jī)能面では、収縮弛緩のパターンが胎児期と大人で変わってきます。細(xì)胞內(nèi)の収縮弛緩あるいは活動電位のでき方も変化します。エネルギー代謝の観點では、胎児期は解糖系を使いますが、生後は脂肪酸を酸化させて、電子伝達(dá)系でエネルギーを作っていきます。定性的にはこのような違いがあります。

しかし、iPS細(xì)胞やES細(xì)胞を使って作った細(xì)胞の成熟度を把握するには定量的な手法が必要です。數(shù)値化でき、胎児期?新生児期?成熟期と時間を追ったデータがとれ、心筋細(xì)胞の成熟を示す様々な要素を包含でき、再現(xiàn)性の高い手法であることが求められます。魚崎準(zhǔn)教授は、細(xì)胞內(nèi)のmRNAの総體を網(wǎng)羅的に解析する「トランスクリプトーム」の手法を使って、成熟を定量的に評価する方法も開発しました。トランスクリプトームの手法は簡便であり、一定のプロセスに従えば誰でも同じような結(jié)果が得られるというメリットもあります。

心筋細(xì)胞の成熟や病気の細(xì)胞を研究するためのツールも獨自に開発しています。心筋細(xì)胞が収縮する動きを観察?評価する場合、細(xì)胞の動きをビデオに撮って評価することもできますが、この方法では「動いている」ということはわかっても、細(xì)胞の中で何が起こっているかは分かりません。そこで魚崎準(zhǔn)教授は心筋細(xì)胞の中にあるサルコメアを蛍光タンパクで標(biāo)識して、その動きが分かるようにする手法を開発しています。これにより、iPS細(xì)胞由來の未熟な心筋細(xì)胞でも、その動きを把握できるようにしています。

細(xì)胞代謝解析を支えるアジレントのソリューション

細(xì)胞の成熟度は、形態(tài)?構(gòu)造?機(jī)能?代謝など、あらゆる観點での評価が必要であり、それらはどれも等しく重要です。このなかで、魚崎準(zhǔn)教授が、代謝の評価に活用しているのが、細(xì)胞外フラックスアナライザー「Seahorse XFe96アナライザー」です。ミトコンドリア呼吸の評価指標(biāo)である酸素消費速度 (OCR) や、解糖系の評価指標(biāo)である細(xì)胞外酸性化速度 (ECAR) を測定することで、細(xì)胞レベルのエネルギー代謝狀態(tài)を評価できます。魚崎準(zhǔn)教授は「電子伝達(dá)系で酸素が消費されるスピードを評価しています。心筋細(xì)胞の成熟研究ではOCRを測定するのが標(biāo)準(zhǔn)的ですので、論文にOCRのデータは欠かせません」と、Seahorseアナライザーを使う理由を話しています。Seahorseアナライザーを使わずに、ミトコンドリアの量を評価したり、細(xì)胞內(nèi)のATP（アデノシン三リン酸）の量を測定したり、放射性同位元素を使うことで脂肪酸代謝を評価したりすることもできるかもしれませんが、Seahorseアナライザーを使えば簡単にOCRを測定できることにメリットを感じています。「Seahorseアナライザーの使い方自體は簡単ですし、不具合も起こっていないので、メーカーに問い合わせをすることはほとんどありません」と、魚崎準(zhǔn)教授は言います。

　一方で、魚崎準(zhǔn)教授が評価している心筋細(xì)胞の測定にあたっては、魚崎準(zhǔn)教授の研究室で積み重ねてきたノウハウが必要だとも感じています?！赴捕à筏考?xì)胞株を測定するのであれば簡単だと思いますが、私たちが扱っているiPS由來心筋細(xì)胞を測定するには、特有のチャレンジがあります。成熟した心筋細(xì)胞を評価するには、Seahorseのウェルプレートのなかで培養(yǎng)する必要があります。測定には一定量の細(xì)胞が必要ですが、多すぎても正しく評価できません。約２週間、ウェルプレートのなかで培養(yǎng)しながら、いろいろな操作を加えてから測定するのは非常にチャレンジングです」と話しています。サンプルとなる細(xì)胞の數(shù)や、コーティング剤などをいろいろと試行錯誤しながら、最適な條件を見つけだしてきました。

細(xì)胞の代謝の評価に用いた Seahorse アナライザーと魚崎準(zhǔn)教授

今後の研究の展望

現(xiàn)在、魚崎準(zhǔn)教授が最も力を入れているのが、病気を再現(xiàn)することです。有効な治療法がないとされるミトコンドリア心筋癥に著目し、患者さんからiPS細(xì)胞を作り、それを心筋細(xì)胞に分化誘導(dǎo)して研究を進(jìn)めています。その研究の一部として、たとえば、ミトコンドリア呼吸に問題が生じているのかなどをSeahorse アナライザーなどを使って評価していくことになります。そして、細(xì)胞が示している通常とは異なる挙動をどうやったら直せるのかを評価していきます。魚崎準(zhǔn)教授のチームでは、患者さんと同じような変異を持つマウスを作って、何が起こっているかを試験管のなかで評価できる體制も整えています。試験管のなかで確認(rèn)できた事象は、その後、個體で確認(rèn)していくことになります。また、iPS細(xì)胞とは異なるアプローチですが、ミトコンドリア心筋癥に限らず様々な心筋癥のマウスモデルを作っており、遺伝子治療など、再生醫(yī)療とは異なったアプローチの治療法研究にも取り組み始めています。東京大學(xué)の濡木 理 教授らのチームとは、マウスの遺伝子の変異を治す治療法を作ろうと共同研究を進(jìn)めているところです。

　魚崎準(zhǔn)教授は共同研究に積極的です。たとえば、理化學(xué)研究所 木村 航 博士などとは長年共同研究を続けており、最近では有袋類の哺乳類であるオポッサムの心臓再生能力の研究で成果を挙げています。一般に哺乳類は生後すぐに心筋再生能力を失います。マウスの場合、１週間弱でその機(jī)能が失われることが知られていますが、オポッサムの場合、出生後２週間以上にわたって、その心臓再生能力を維持していることが分かりました。魚崎準(zhǔn)教授は、トランスクリプトーム解析の手法を使ってオポッサムとマウスの心臓の遺伝子発現(xiàn)パターンを調(diào)べ、どういったメカニズムが心筋細(xì)胞増殖の制御に関わっているのかを予測するという役割を擔(dān)いました。その結(jié)果、AMPK (5'-adenosine monophosphate-activated protein kinase)がマウスとオポッサムで発現(xiàn)時期が異なることを発見しました。

サイエンスを楽しんでいる人たちから、「私のやっていることはこんなにおもしろい」「こんなことを見つけた」という話を聞けることに喜びを感じるという、魚崎準(zhǔn)教授。「今後も國內(nèi)外を問わず、一緒にやれる人がみんなで頑張って研究を進(jìn)めていけたらいいなと思います。私の研究に興味を持たれた方はぜひご連絡(luò)ください」と話しており、研究者が協(xié)力しあって、サイエンスの発展を推し進(jìn)めていくことを目指しています。

本記事に掲載の製品はすべて試験研究用です。診斷目的にご利用いただくことはできません。（Not for use in diagnostic procedures.）

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