The Nobel Prize in Physiology or Medicine

2012 年ノーベル生理学・医学賞受賞記念
人工万能幹細胞（iPS細胞）の樹立と課題
山中伸弥，高橋和利

京都大学 iPS 細胞研究所※京都大学 iPS 細胞研究所 山中伸弥先生のノーベル生理学・医学賞受賞を記念いたしまして，2006 年 Cell 誌に iPS 細胞樹立の論文を発表された際にご寄稿いただいたショートレビューを再掲載いたします．

初期胚から樹立する胚性幹細胞（ES 細胞）は，様々な細胞候補因子を評価するために，ECAT の 1 つである Fbx15 遺へと分化する多能性とほぼ無限の増殖能を持つ．患者自身の伝子を利用した．Fbx15 は Oct3/4 と Sox2 による転写制御を体細胞から，ES 細胞に類似した幹細胞を樹立できたら，拒絶受け，初期胚と ES 細胞で特異的に発現するが，多能性維持反応のない細胞移植治療につながる．体細胞の核が，ES 細やマウス発生には必須でない 4) ．Fbx15 遺伝子のコーディン胞と融合することにより多能性細胞の核と近い状態になるこグ領域を，βガラクトシダーゼとネオマイシン耐性遺伝子のとは，ES 細胞の中に多能性誘導因子の存在することを示唆融合遺伝子（β geo）と置き換えたホモ変異（Fbx15 β geo/ β geo）する 1) ．これらの因子の多くは，ES 細胞の多能性を維持す

ES 細胞はきわめて高濃度（12mg/ml）の G418 に耐性であっる因子と同一であると仮説を立て，その探索を開始した．

た．一方，Fbx15 β geo/ β geo マウスの体細胞は G418 感受性でマウス ES 細胞における多能性維持因子としては，サイトあった．Fbx15 β geo/ β geo マウスの体細胞に候補因子を導入しカイン LIF の下流で作用する転写因子 STAT3 や，多能性細て多能性が誘導されると，G418 耐性を獲得すると期待した．

胞で特異的に働いている転写因子 Oct3/4 や Sox2 が知られFbx15 β geo/ β geo マウス由来の胎児線維芽細胞（MEF）に初ている．また，c-Myc やβ - カテニンなどの腫瘍関連因子期化因子候補をレトロウイルスにより導入した．複数因子のの 重 要 性 も 報 告 さ れ て い る． 筆 者 ら は こ れ ら に 加 え て，組み合わせが必要である可能性も考えられたので，因子を 1ES 細胞で特異的に働いている遺伝子群を同定し，ECATつずつ導入するのに加えて，24 因子のレトロウイルスの混合（ ES cell associated transcript ）と名付けた．この中で投与も試みた．細胞によってまったくウイルスが入らないもECAT4（Nanog）はホメオボックス転写因子であり，Oct3/4の，1 因子のみ入るもの，2 因子が入るもの，3 因子が入るもや Sox2 と同様に ES 細胞と初期胚の多能性維持に必須であの……と様々な組み合わせでウイルスが入り，偶然にも必要ることを報告した ．Nanog や STAT3 の下流因子を探索すな因子が揃って入った細胞が，ES 細胞様になり G418 耐性る過程で転写因子 Klf4 がマウス ES 細胞の多能性維持を促進コロニーを形成することを期待した．

2)

することも見いだした（徳澤ら；未発表）．これらの研究をもとに多能性誘導因子の候補として 24 因子を選んだ ．
3)

Oct3/4，Sox2
c-Myc，
Klf4
0.1％以下マウス線維芽細胞

2

混入する組織幹細胞に由来？
レトロウイルス挿入の影響？
適切な発現量の組み合わせ？

iPS細胞

Fbx15 β geo/ β geoMEF にウイルスを投与し，ES 細胞培養の条件で G418 による選択を行い，コロニーが形成されるかを■図 1 iPS 細胞の誘導
Fbx15 遺伝子にネオマイシン耐性遺伝子をノックインしたマウスの線維芽細胞に，Oct3/4，Sox2，c-Myc，Klf4 の 4 因子をレトロウイルスで導入
し，G418 で選択することにより多能性幹細胞（iPS 細胞）が樹立できる．
しかし，4 因子を発現する線維芽細胞のうち 0.1％以下しか iPS 細胞にならない．原因としてはいくつかの可能性が考えられ，今後の検討が必要である．
細胞工学

Vol.31 No.12 2012

The Nobel Prize in Physiology or Medicine■表 1. 体細胞において多能性を誘導する 3 技術の比較
卵子，胚の利用

ヒトでの成功例

腫瘍化

特記事項

核移植＋－＋クローン人間細胞融合＋＋＋＋

四倍体

iPS細胞

－－＋＋

レトロウイルス，c-Myc

青は臨床応用にとって長所となる点を，赤は短所となる点を示している．

見守った．単独投与ではまったく形成されないが，24 因子のせ か ら Oct3/4，Sox2，c-Myc，Klf4 の 1 つ で も 除 外 す る と混合投与では複数の G418 耐性コロニーが形成された．これ

iPS 細胞を樹立することはできなかった．一方，これら 4 因らのコロニーから樹立した細胞は，形態と増殖能において子を MEF やマウス成体皮膚由来の線維芽細胞培養に導入す

ES 細胞に類似し，ES 細胞マーカー遺伝子の発現も認められると iPS 細胞が樹立された（図 1）．

た ．また，Fbx15 遺伝子プロモーター領域は ES 細胞と同iPS 細胞は卵子や胚を用いないという利点がある．しかし，様に低メチル化状態にあることがわかった．ヌードマウスのヒト細胞で同じことが起こるかは不明であるし，c-Myc やレ皮下に移植すると，神経，筋肉，消化管様組織など三胚葉系トロウイルスを使用することから安全面での課題も多い（表の各種組織を含む奇形腫を形成したことから，この細胞を誘1）．各因子の作用機序は不明で，4 因子を発現してもごくわ

導多能性幹細胞（induced pluripotent stem cells；iPS cells）

ずかの細胞しか iPS 細胞にならない（図 1）．これらの様々なと名付けた．

問題点を 1 つずつ克服し，再生医学への応用を目指したい．

3)

次に必要な因子の絞り込みを行った．24 因子の組み合わ
文献
1) Tada M, Takahama Y, Abe K, Nakatsuji N, Tada T:
Curr Biol (2001) 11: 1553-1558

Nuclear reprogramming of somatic cells by in vitro hybridization with ES cells.
2) Mitsui K, Tokuzawa Y, Itoh H, Segawa K, Murakami M, Takahashi K, Maruyama M, Maeda M, Yamanaka S:
Cell (2003) 113: 631-642

The homeoprotein Nanog is required for maintenance of pluripotency in mouse epiblast and ES cells.
3) Takahashi K, Yamanaka S:
Cell (2006) 126: 663-676
Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.
4) Tokuzawa Y, Kaiho E, Maruyama M, Takahashi K, Mitsui K, Maeda M, Niwa H, Yamanaka S
Mol Cell Biol (2003) 23: 2699-2708

Fbx15 is a novel target of Oct3/4 but is dispensable for embryonic stem cell self-renewal and mouse development.

〜 Special Comments 〜【貝淵弘三 教授（名古屋大学）】
山中先生，ノーベル生理学・医学賞受賞，誠におめでとうございます．奈良先端科学技術大学院大学に同時期に在籍し，親しくさせていただいている者としてたいへん嬉しく，また誇りに思います．山中先生は，遺伝子教育研究センターの助教授として 1999 年 12月に着任されましたが，そのジョブセミナーでのプレゼンテーションはとても印象深いものでした．内容がわかりやすく情熱が伝わるだけでなく，独特のユーモアを交えて話される姿は今と変わりません．この人にかけてみようと思わせるものがありました．着任
後，ES 細胞の研究に着手され，苦労して ERas と Nanog の仕事を発表されました．その後，この iPS 細胞樹立の論文を発表されたことは皆様もご存じの通りです．山中先生の優れたアイデアとリーダーシップはもちろんですが，学生・スタッフ，設備・機器，研究費に恵まれたことが大きな成果につながったと思います．若手研究者に大きな希望を与える受賞だと思います．
【岡野栄之 教授（慶應義塾大学）】
2012 年のノーベル生理学・医学賞は，"for the discover y that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent"，すなわち「体細胞の初期化と多能性の獲得」という授賞理由で，山中伸弥先生と英国の John Gurdon 卿の御受賞が決定しました．Gurdon 卿のクローンカエルの話は私が学生のころから知っていましたが，この現象の深さには計り知れないものがあると感じていました．一方，大胆かつ緻密な方法で遺伝子導入により成体の体細胞の初期化に成功したこの 2006 年の Cell 論文は，何回読み直しても感激します．
今年のラボの新人勉強会でも近い将来のノーベル賞論文だと言って学生に紹介しましたが，来年はもっと背景をしっかり説明して紹介していこうと思います．将来への臨床応用はもちろん大事ですが，iPS 細胞における転写因子ネットワークとエピジェネティクス制御の解明など，まだまだ基礎研究でも，たった 6 歳の iPS 細胞研究はさらに発展する成長株であります．
細胞工学

Vol.31 No.12 20123