京都大学iPS細胞研究所(CiRA)の長船健二准教授や前伸一研究員などの研究グループは、これまで難しかったヒトのiPS細胞(人工多能性幹細胞)やES細胞(胚性幹細胞)に目的となる遺伝子を効率よく導入する「相同組み換え」技術を確立したと発表した。この技術によって、ヒトiPS細胞から腎臓の元になる「中間中胚葉」と呼ばれる細胞群を高効率で作ることに成功し、実際に腎臓の尿細管などの立体構造を再現できることを明らかにした。腎不全や人工透析が必要な患者へ腎臓の細胞や組織を移植する再生医療にも応用が期待される。研究論文は22日、英科学誌「ネイチャー・コミュニケーションズ(Nature Communications)」(オンライン版)に掲載された。
iPS細胞やES細胞を使って腎臓の細胞を作る試みが行われているが、ヒトのiPS、ES細胞では成功していない。研究グループは、腎臓の組織細胞の前段階となる中間中胚葉の細胞群をヒトのiPS細胞から作り出すことを考え、まずは、本当に目指す細胞群ができたかを確認するために、中間中胚葉の細胞群で働く遺伝子に緑色蛍光タンパク質(GFP)の遺伝子を導入する技術の開発に取り組んだ。
細胞に目的とする遺伝子を導入するには、2本鎖あるDNAの修復機能を利用して同じ位置(相同部)にある遺伝子を組み換える「相同組み換え」技術が必要だが、これまでヒトののiPS細胞やES細胞では難しかった。研究グループは、iPS細胞への遺伝子の“運び役”となるBACベクターの利用や導入の解析方法などを工夫して、中間中胚葉のマーカー遺伝子(OSR1)に目的となるGFP遺伝子を付加した。その結果、中間中胚葉に分化した細胞のみでGFPが光を発し、これを検出することに成功した。
次に研究グループは、iPS細胞から中間中胚葉へ効率よく分化させるために、3種類の成長因子と低分子化合物をiPS細胞に加えて培養したところ、11日目には90%以上の細胞がOSR1遺伝子を働かせて、中間中胚葉の細胞群となっていることを確認した。
これらの細胞群をマウス胎児の腎細胞と一緒に培養したところ、一部の細胞が管状構造の腎尿細管を形成し、尿細管上皮細胞の成分となるタンパク質も作られていることが分かった。このことからiPS細胞から作った中間中胚葉には、腎臓の3次元構造を作る能力があることが示された。中間中胚葉は腎臓や副腎、生殖腺に分化することが知られており、今回の成果は、腎臓のみならず、副腎や生殖腺の再生医療にも応用が期待されるという。