日本から発信されたサイエンス
No.42

時空間リプログラミングは腸管上皮の再生と腫瘍の基盤となる
Higa T, Okita Y, Matsumoto A et al：Spatiotemporal reprogramming of differentiated cells underlies regeneration and neoplasia in the intestinal epithelium. Nat Commun 13：1500, 2022

比嘉綱己，岡 毅寛，須賀原 修，古賀大介，中山敬一
九州大学生体防御医学研究所 分子医科学

Point◓◓細胞周期の静止期を維持する因子である p57 の発現を指標として，腸管上皮における傷害後の再生に重要な役割を果たす幹細胞分画を新規に同定した．
◓◓p57 陽性細胞は傷害誘導性の脱分化を経て幹細胞性を獲得すること，またこの過程において胎児化と胃化生様変化を特徴とする「時空間リプログラミング」が重要であることを明らかにした．
◓◓時空間リプログラミングは腸管腫瘍においては恒常的に生じていることがわかった．

Keyword
腸管幹細胞，p57，静止状態，脱分化，がん幹細胞

事実は，腸管には Lgr5 陽性細胞以外にも幹細胞とし背景・目的て機能しうる細胞集団が存在し，それらが傷害後再腸管上皮は大きな組織傷害を受けた後でも高度な生に重要であることを強く示唆しているが，その細再生力を示し，組織の維持や再生機構を研究するた

胞実体や再生の分子機構については不明な点が多めの有用なモデルとして注目されている．哺乳類のかった．

腸管上皮には，陰窩底部に Lgr5 陽性細胞という高増われわれはこれまでに，細胞増殖の停止を司る分殖性の幹細胞が存在し，この細胞が定常状態におけ子（CDK 阻害分子）の一つである p57（Kip2，CDKN1cる上皮の迅速なターンオーバーを駆動していることともよばれる）が，造血幹細胞や神経幹細胞にきわが知られてきた．一方で，Lgr5 陽性細胞は抗がん薬めて特異的に発現していることを見出してきた1）．

や放射線などによる組織傷害に対して脆弱であり，今回の研究ではこの p57 の発現を指標として，腸管これらの処理によって一時的にほぼ完全に失われて上皮の再生に重要な役割を果たす細胞集団を同定ししまう．ところが，このような状況下でも腸管上皮た．また，胎児様変化と胃化生様変化によって特徴はまったく問題なく維持され，失われた Lgr5 陽性細づけられる「時空間リプログラミング」という再生胞も 1 週間ほど経つと元通りに復活してくる．この機構の一端を明らかにし，組織再生のしくみとがん

消化器病学サイエンス Vol.6

no.4

2022

51（255）

p57－CreERT2/
CAG－LSL－tdTomato タモキシフェン
投与

A

B

tdTomato
Chga（内分泌細胞）

tdTomato

幹細胞性なしp57系統追跡マウス

通常の状態

tdTomato
組織傷害（放射線，抗がん薬...etc.）

tdTomato標識された
p57発現細胞

tdTomato上皮全体へ（幹細胞性あり）C

tdTomato

Apc変異

tdTomato腫瘍全体へ（幹細胞性あり）図❶ p57 陽性細胞は傷害誘導的な腸管幹細胞として機能する

腸管 p57 陽性細胞を tdTomato 蛍光タンパク質で標識し，系統追跡実験をおこなった．p57陽性細胞は定常状態では幹細胞性を示さない（A）が，傷害誘導性に幹細胞性を獲得し，子孫細胞を産生する（B）．また同様の幹細胞性は Apc 変異マウスに生じた腸管腺腫においても認められた（C）．
（P. 15 カラー図譜参照，紹介論文より引用）とのかかわりについても新たな知見を提示した．

方結果1）系統追跡実験により，腸管 p57 陽性細胞は腸法

管内分泌細胞の一種であり，定常状態においては幹1）免疫染色や遺伝子発現解析から，小腸陰窩に細胞性を有しないことが判明した．ところが，抗がp57 を発現する低増殖性の細胞集団を発見した．

ん薬投与や放射線照射などの腸管傷害後には幹細胞p57 陽性細胞の腸管幹細胞としての機能を検証する性を獲得してすべての種類の腸管上皮細胞を産生ため，p57‒CreERT2/CAG‒loxP‒Stop‒loxP（LSL）‒

し，腸管上皮の再生に重要な役割を果たすことがわ

tdTomato マウス（系統追跡実験用）および p57‒DTR‒

かった（図❶）．

Venus マウス（可視化用）を作製した．

2）1 細胞 RNA‒seq 解析において，傷害後の p57

2）定常状態および抗がん薬投与や放射線照射な陽性細胞は胎児腸管や胃上皮の遺伝子群を発現してどの傷害条件下において，腸管 p57 陽性細胞の挙動おり（図❷），通常の成体腸管とは時空間的にまったや幹細胞性を上記のノックインマウスを用いて調べ

く異なる細胞状態を経て幹細胞性を獲得しているこた．また，傷害による遺伝子発現や細胞組成の変化とが明らかとなった（時空間リプログラミング）．

を 1 細胞 RNA‒seq 解析により調べた．
3）同様の実験を Apc 変異マウスに生じた腸管腺腫においてもおこなった．

3）時空間リプログラミングは腸管腺腫においては恒常的に生じており（データ未提示），そのようなコンテクストのなかで p57 陽性細胞は定常的にがん幹細胞として機能していることがわかった（図❶）．

（256）52

消化器病学サイエンス Vol.6

no.42022日本から発信されたサイエンスAB

p57－DTR－Venusマウス

胎児腸管遺伝子群

胃上皮遺伝子群
傷害後のp57陽性細胞

傷害後のp57陽性細胞

コントロール群 5－FU投与群

その他の細胞その他の細胞p57－ p57＋

p57－

遺伝子発現量p57＋

小腸陰窩の1細胞 RNA－seq 解析

C

胎児様変化
（時間）

p57陽性細胞

遺伝子発現量Day 32
10化生様変化
（空間）

432
10

Lgr5陽性細胞

傷害

時空間リプログラミング

図❷ p57 陽性細胞は時空間リプログラミングを経て幹細胞状態へと脱分化する

A ：p57 陽性細胞を Venus 蛍光で標識したマウスから，正常および傷害後の腸管上皮細胞を単離して 1 細胞 RNA‒seq 解析をおこなった．
B ：1 細胞 RNA‒seq 解析の結果（遺伝子発現量ヒートマップ）．傷害後の p57 陽性細胞では，胎児腸管および胃上皮の遺伝子群の著名な発現上昇を認めた．
C ：時空間リプログラミングの概念図．p57 陽性細胞は胎児様（時間的）変化と化生様（空間的）変化を経て，腸管幹細胞の状態へと脱分化する．
（P. 16 カラー図譜参照，紹介論文より引用）

考び空間的（胃上皮化）にまったく異なる状態に脱構

察築しながら幹細胞性を獲得していくプロセスである

今回の研究から，腸管の p57 陽性細胞は通常は内と考えられる．このような生理的かつきわめてダイ分泌細胞として存在しているものの，傷害誘導的にナミックな「時空間リプログラミング」を制御する脱分化し，幹細胞リリーフとして腸管上皮の再生に分子機構の詳細はいまだ不明であり，今後の研究の寄与していることがわかった．このことは，腸管上課題である．

皮における細胞系譜は一方向性の固定化されたヒエ

時空間リプログラミングにおいて，とくに腸管のラルキーではなく，条件依存的に幹細胞状態まで逆胃上皮化はしばしば消化管腫瘍の発生母地となる化行しうる可塑的なシステムであることを示している．

生を想起させる．化生の生理学的背景については不組織傷害後の腸管上皮の 1 細胞 RNA‒seq 解析の明な点が多いが，今回の結果をふまえると，脱分化結果から，脱分化の途上にある p57 陽性細胞は，成を介して幹細胞性の獲得を駆動するための再生プロ体腸管には通常発現していないはずの胎児腸管や胃グラムの一つであることが予想される．さらに，こ上皮の遺伝子群を高度に発現していることが明らかのようなリプログラミング現象が腸管腺腫においてとなった．つまり，腸管傷害後の脱分化は通常の腸恒常的に観察されたことは，正常組織に内在されて管上皮における分化系譜の単なる逆行ではなく，細いる再生プログラムが腫瘍では幹細胞性の獲得のた胞のトランスクリプトームを時間的（胎児化）およめに利用されている可能性を示唆している．今後，消化器病学サイエンス Vol.6

no.4

202253（257）時空間リプログラミングの分子機構をより詳細に解を明らかにすることで，将来的に再生医療やがん治明していくことで，消化管腫瘍の効果的な治療法開療に直接つながるような知見を得られればと考えて発にもつながることが期待される．

いる．
文

コメント
われわれは p57 陽性細胞の標識・追跡マウスを用

献1）Matsumoto A, Takeishi S, Kanie T et al：p57 is required for quiescence and maintenance of adult hematopoietic stem cells.
Cell Stem Cell 9：262‒271, 2011

いて，目下さまざまな正常組織やがんにおいて幹細胞の探索に取り組んでいる．幹細胞の生物学的特性（258）54

消化器病学サイエンス Vol.6

no.4

2022