多方向かつ段階的に進行する細胞分化における運命決定メカニズムの解明究領域略称：細胞運命制御

組織・研究内容

研究課題名
造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける分子基盤

瀧原　義宏
研究代表者
瀧原　義宏
広島大学・教授
研究室HP｜E-mail
安永 晋一郎
連携研究者
安永 晋一郎
広島大学・准教授　
研究室HP｜E-mail
大野 芳典
連携研究者
大野 芳典
広島大学・助教
研究室HP｜E-mail

研究内容

　造血幹細胞は自己複製するか、または分化し活発な増殖活性を有する造血前駆細胞になって大量の成熟血球細胞を産生する。その過程における細胞系譜制御因子（Gata1、Pu.1、CEBPαやPax5など）の役割が明らかになり、分化誘導機構の理解が進んできた。しかし、造血幹細胞の制御を理解するためには、自己複製するかまたは分化するかのスイッチの役割を担う分子の解明が必須である。造血幹細胞の活性を制御する主要な細胞内因子であるるポリコーム（PcG）複合体1とHoxb4/Hoxa9（RDCOX複合体）が、DNA複製とクロマチンリモデリングの両者を調節する機能をもつGemininタンパク質を直接制御するという新しい分子機能をもつことを独自に見い出し、本研究の着想を得るに至った。本研究では、独自に確立したGeminin-黄色蛍光タンパク質（EYFP）ノックインマウスを用いて、Geminin分子を可視化し、Gemininの発現量及び細胞内動態を詳細に解析するとともに、レトロウイルスベクターを用いてGemininを高発現、あるいはshRNAを用いてノックダウンし、造血幹細胞制御におけるGemininの役割を明らかにする。そして、幹細胞の分化と自己複製を操作可能な実験系を構築する。さらに、その分子的背景を理解するために分子生物学的解析を行い、細胞の運命決定を担う分子基盤について新たなパラダイムを提供することを目指す。
　平成15年に広島大学原爆放射線医科学研究所・幹細胞機能学研究分野を開設以来、連携研究者の安永晋一郎博士と大野芳典博士とは造血幹細胞の活性を支持する分子基盤についての研究を共同で進め、遺伝学的解析と生化学解析を駆使してPcG複合体1とHoxb4/Hoxa9が共に、Gemininタンパク質を直接制御するという新しい分子機能を有することを独自に見つけた。今後も共同研究続け、強力に研究を推進する計画である。

Gemininは Anaphase Promoting Complex / Cyclosome (APC/C) をE3ユビキチンリガーゼとしてユビキチン-プロテアソーム系で分解され、細胞周期特異的に発現が調節されている。造血幹細胞の活性を支持する主要な細胞内因子であるPcG 複合体1とRDCOX複合体のそれぞれがGemininに対するE3ユビキチンリガーゼ複合体を構成し、Gemininタンパク質の安定性を調節することによって造血幹細胞活性を制御していることを見つけており、幹細胞制御との関連に興味が持たれる。そこで、本研究ではGemininに注目して造血幹細胞の自己複製と分化を掛け分ける分子基盤にアプローチする。　Ub, ユビキチン　Ubn, ポリユビキチン

主な論文

* correspondence
研究代表者
瀧原　義宏

Tsunematsu, T., Takihara, Y., Ishimura, N., Pagano, M., Takata, T., *Kudo, Y. Aurora-A controls pre-replicative complex formation and DNA replication by promoting the stabilization of geminin in mitosis.
Nature Commun. in press

Yasunaga, S., Ohtsubo, M., Ohno, Y., Tanaka-Okamoto, M., Ishizaki, H., Shirai, M., Mihara, K., Brock, W. H., Miyoshi, J., *Takihara, Y. Scmh1 has E3 ubiquitin ligase activity for Geminin and histone H2A and regulates Geminin stability directly or indirectly via transcriptional repression of Hoxa9 and Hoxb4.
Mol. Cell. Biol. 33, 644-660,　2013

Ohno, Y., Yasunaga, S., Janmohamed, S., Ohtubo, M., Mihara, K., Iscove, N., *Takihara, Y. Hoxa9 transduction induces mouse hematopoietic stem and progenitor cell activity through direct down-regulation of Geminin.
PLoS ONE 8(1): e53161,　2013. doi:10.1371/journal.pone.0053161.

*Takihara Y. Role for Geminin in sustaining the activity of hematopoietic stem cells.
Cell Cycle.　10: 561-562, 2011.

Ohno Y, Yasunaga S, Ohtsubo M, Mori S, Tsumura M, Okada S, Ohta T, Ohtani K, Kobayashi M, *Takihara Y. HOXB4 transduction down-regulates Geminin protein, providing hematopoietic stem and progenitor cells with growth potential.
Proc Natl Acad Sci USA. 107: 21529-21534, 2010.

Ohtsubo M, Yasunaga S, Ohno Y, Tsumura M, Okada S, Ishikawa N, Shirao K, Kikuchi A, Nishitani H, Kobayashi M, *Takihara Y. Polycomb-group complex 1 acts as an E3 ubiquitin ligase for Geminin to sustain hematopoietic stem cell activity.
Proc Natl Acad Sci USA.105: 10396-10401, 2008, cited in This Week in PNAS.

Luo L, Yang X, Takihara Y, Knoetgen H, Kessel M. The cell cycle-regulator Geminin inhibits Hox function through direct and Polycomb-mediated interactions.
Nature. 427: 749-753, 2004.

Ohta H, Sawada A, Kim J Y, Tokimasa S, Nishiguchi S, Humphries R K, Hara J, *Takihara Y. The Polycomb-group gene rae28 is required for sustaining activity of hematopoietic stem cells.
J Exp Med. 195: 759-770, 2002.

研究分担者
安永 晋一郎・大野 芳典

Yasunaga, S., Ohtsubo, M., Ohno, Y., Tanaka-Okamoto, M., Ishizaki, H., Shirai, M., Mihara,
K., Brock, W. H., Miyoshi, J., *Takihara, Y. Scmh1 has E3 ubiquitin ligase activity for Geminin
and histone H2A and regulates Geminin stability directly or indirectly via transcriptional repression
of Hoxa9 and Hoxb4.
Mol. Cell. Biol. 33, 644-660,　2013

Ohno, Y., Yasunaga, S., Janmohamed, S., Ohtubo, M., Mihara, K., Iscove, N., *Takihara, Y.
Hoxa9 transduction induces mouse hematopoietic stem and progenitor cell activity through direct
down-regulation of Geminin.
PLoS ONE 8(1): e53161,　2013. doi:10.1371/journal.pone.0053161.

Ohno Y, Yasunaga S, Ohtsubo M, Mori S, Tsumura M, Okada S, Ohta T, Ohtani K, Kobayashi M,
*Takihara Y. HOXB4 transduction down-regulates Geminin protein, providing hematopoietic stem
and progenitor cells with growth potential.
Proc Natl Acad Sci USA. 107: 21529-21534, 2010.

Ohtsubo M, Yasunaga S, Ohno Y, Tsumura M, Okada S, Ishikawa N, Shirao K, Kikuchi A, Nishitani H,
Kobayashi M, *Takihara Y. Polycomb-group complex 1 acts as an E3 ubiquitin ligase for Geminin to
sustain hematopoietic stem cell activity.
Proc. Nat'l Acad. Sci. U.S.A.105: 10396-10401, 2008, cited in This Week in PNAS.

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