毛包の色素幹細胞形質維持におけるエピジェネティクス機構の関与と白髪形成予防法の研究
独立行政法人国立成育医療研究センター研究所

秦周産期病態研究部

健一郎

Epigenetic regulation is necessary for normal development. Not only for development, it has crucial roles to maintainstemness of melanocyte. Usually melanocyte stem cells in hair follicle produce melanin for pigmented hair. If these stem
cells lose melanin production, hair change into gray. To clarify epigenetic mechanisms, we compared melanocyte stem cells
in gray hair follicle and those in pigmented hair follicle. We found dozens of genomic regions which DNA methylation
status are different between gray hair follicle and pigmented hair follicle. These might cause critical change of related geneexpression levels.

１．緒胞の分化過程では、分化後には必要とされない遺伝子群を、言長期にわたり安定して抑制することが、個体の恒常性の維DNA メチル化やヒストンタンパク質の化学的修飾は、持に必須であると考えられている。このような長期安定し哺乳類の発生と生存に必須のエピジェネティックな遺伝子た遺伝子制御情報の担い手として、エピジェネティックな発現制御機構である。これらのエピジェネティクス機構は、機構が働いており、様々な臓器の分化過程で、普遍的な役発生過程の脱分化や分化過程でダイナミックに変化し、細割を担っていると考えられている 。

4）胞の全能性あるいは多能性分化能を維持させ、その逆に細毛包の色素幹細胞は上皮系幹細胞と同じく、皮脂腺下部胞系譜の命運決定に重要な役割を担う。発生過程のみならのバルジに存在する 。毛髪が抜け落ち、新たな毛髪が形ず、組織幹細胞の分化能維持や、最終分化後の恒常性維持成する時にバルジにある色素幹細胞が分化し、形成途中のにも、同様の機構が働いている。最近、ES 細胞や iPS 細毛球部に取り込まれながら皮下脂肪層へ移動する。そして、胞の DNA メチル化状態やヒストンの修飾状態を網羅的に成熟した毛球部を形成し、毛幹にメラニン色素を供給する。

解析した結果が報告された 。それぞれの修飾状態は、細毛髪はこのような周期を繰り返す。しかし、ジェノトキシ胞の起源や細胞株によって僅かに異なり、それぞれの細胞ックな影響 や、不要なアポトーシスの発生 により色素の個性を産み出していると考えられる。細胞は、環境要因幹細胞が枯渇する状況になると、分化した色素細胞を供給等の外部からの刺激を含め、なんらかの要因によって遺伝できなくなり白髪が発生する。また、分化した色素細胞が子発現変化が誘導され、組織の再生や分化につながってい形成されても、何らかの原因により毛球部への移行が損なくと考えれる。しかもそのような要因が失われても、遺伝われたり、あるいは何らかの原因によりメラニン合成酵素子発現の変化は長期にわたって続く場合がある。このようの不調がきたしても白髪は形成される 。色素細胞の移動な変化は、一旦分化した組織・臓器が異分化を起こさない能については、毛乳頭細胞の間に細胞外マトリックスを介ように恒常性を維持するのに必須であると共に、近年、いした相互作用も推測されている 。このように白髪形成にわゆる生活習慣病等の原因が、胎児期や新生児期・幼児期は幾つかの説が唱えられ、ある種の化合物（p-aminobenzoicの環境に遡る可能性が指摘されているacid）は白髪の回復に有効との報告もあるが 、エピジェ

1）

2, 3）

。再生医療の分野をこのような観点から捉えると、治療に用いる幹細胞を、

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9）

10）

ネティクスと関連性は検討されていない。

臨んだ形質をもつ細胞に正確にかつ効率よく分化させ、し本研究は、エピジェネティックな機構を介した色素（幹）かもその形質を維持させる事ができなければ、安全かつ長細胞のメラニン産生能制御機構を解析し、同機構を介した期にわたる治療効果は期待できない。

メラニン産生能の人為的操作法開発に資する知見を得るこ

全能性・多能性を有する幹細胞は、一旦分化した後は、脱とを目的とする。本研究で対象とする幹細胞の一種である分化能や異分化能を抑制せねばならない。すなわち、幹細色素幹細胞は、皮膚に色素細胞を供給し、紫外線からの防御、個体識別などの生物学的に重要な役割を担っている。

Epigenetic regulation in maintenance of
stemness of melanocyte stem cells in hair
folicleKenichiro Hata
Department of Maternal-Fetal Biology
National Research Institute for Child
Health and Development

分化した色素細胞から産生されるメラニンは皮膚色や毛髪色を決定し、前述の機能に深く関与しているとともに、美容上の観点からも重要な意味を持っている。通常幹細胞は、自己再生のための対称性分裂と共に、非対称性の分裂を繰り返して分化細胞を供給し続け、生命の恒常性維持に深く関与する細胞である。しかし、色素幹細胞、特に毛包の色− 122 −毛包の色素幹細胞形質維持におけるエピジェネティクス機構の関与と白髪形成予防法の研究

素幹細胞は、成人後比較的早い時期からの白髪形成に見らズアレイシステム（Infunium HumanMethylation 27K）をれるように、何らかの原因により生涯を通じて成熟した分用い、ゲノム上の約 2 万 7 千箇所のプロモーター領域近傍化色素細胞を供給し続けることができない特殊な幹細胞での CpG 配列を中心に、DNA メチル化状態を検証した。

ある。また色素幹細胞は、比較的容易に生体試料を入手す３．結ることが可能であり、幹細胞としての性質の維持と破綻を比較解析するのに有用なモデル系である。

果

回収したゲノム DNA の網羅的 DNA メチル化解析を、4

前述の白髪形成の原因として、ジェノトキシックな要因つの検体について行った（図１）。レーン #1 と #2 が白髪あるいはアポトーシス異常による色素幹細胞自身の死滅、由来、#3 と #4 が黒髪由来である。約 27,000 箇所の DNA

分化色素細胞周囲の上皮系細胞または間葉系細胞との相互メチル化定量解析結果を階層クラスター解析をすると、作用不良によるメラノジェネシス異常などが提唱されてい#3 と #4 が比較的近いことがわかる。その一方で、細部をるが、いまだ十分に解明されていない。幹細胞から終末細見ると、DNA メチル化異常体が異なる部分も散見される。

胞への分化を制御する機構に、DNA メチル化などのエピ

一方、#1 と #2 の DNA メチル化状態は、黒髪由来の #3、ジェネティクスが関与する事例が既に報告されているが、#4 と大きくは異ならないが、#3 と #4 の間に見られる類白髪形成過程をそのような観点から解析した報告は無い。

似性に比べると、差異が大きい系統である事が見て取れる。

本研究では、色素幹細胞の分化に関与するエピジェネティ

また、#1 と #2 の相同性は、#3 と #4 の相同性と比較してクな要因を解析し、新たな白髪発生の分子機構や予防策に変化が大きく、エピジェネティックな観点からは、やや不関する知見を見出すことを目標とする。さらには、本研究均一な集団となっている可能性が考えられる。の進展により、幹細胞多能性維持の普遍的メカニズムの理解にも、重要な貢献を成すことが期待される。

図２は、サンプル #2 と #3 で定量解析した各 CpG をドットで表し、DNA メチル化状態を比較した図である。ほぼ傾き１の直線上に乗る点が大多数であり、ほとんどのゲ

２．実験方法

ノム領域では、白髪でも黒髪でも類似の DNA メチル化状１）「試料回収調製」態を保っている可能性が推測される。一方で、傾き１の直ヒト個体の遺伝的多様性の影響を除くため、白髪を有す線から大きく離れたドット（ゲノム領域）は、DNA メチルる同一人から、白髪と黒髪を採取した。採取した毛髪から、化状態が大きく変化している領域であり、今後、これらの色素細胞と近接する毛包上皮系細胞部あるいは色素細胞にDNA メチル化状態の変化の生理的意義の解析が、重要で隣接する間葉系細胞（毛乳頭細胞）を顕微鏡下で単離する。

あると考えられる。

採取した毛包上皮系細胞部からは直接、または毛乳頭細胞

今年度は本助成を利用して以上の解析を行ったが、今後は、以下の要領で解析を進めていく。

は分離後培養増幅した後に、ゲノム DNA を調製した。

「遺伝子発現解析」同じく調製した細胞から total RNA を

２）「網羅的 DNA メチル化解析」

回収し、発現マイクロアレイ解析を行い、白髪・黒髪で発調製したゲノム DNA は、bisulfite 法により、非メチル化シトシンをウラシルに変換した後に、illumina 社のビー現量の異なる遺伝子をスクリーニングする。
「標的候補領域の決定」今年度の網羅的 DNA メチル化解27,000 箇 所 の CpG 配 列の DNA メチル化状態を定量的に測定し、取得したデータに対して階層クラスター解析を行った。
図1

網羅的 DNA メチル化解析結果の比較

図２− 123 −

二検体間での DNA メチル化状態比較

コスメトロジー研究報告 Vol.19, 2011

析結果を基に、遺伝子発現解析と網羅的 DNA メチル化解析の二つのデータを参照し、白髪が形成される際に、発現

cells. Nature. Mar 3;471 (7336) : 68-73.
２）Heijmans BT, Tobi EW, Lumey LH, Slagboom PE.

量とメチル化状態が同時に変化する領域を絞り込む。

The epigenome: archive of the prenatal environment.

「人為的黒髪白髪誘導条件の検討」次に、これらの絞り込

Epigenetics. 2009 Nov 16;4 (8) :526-31.

まれた数カ所の遺伝子領域に着目して、化学物質等による３）久須美真紀、中林一彦、秦健一郎 . 体外培養・長期黒髪化および白髪化の人為的な誘導の可能性を検討する。

培養の胚発生への影響：動物実験と臨床データから . J

例 と し て、 前 述 細 胞 に 白 髪 改 善 効 果 が 知 ら れ て い る

Mammal Ova Res 2008;25 (4) :221-30.

p-aminobenzoic acid を加え、白髪および黒髪の毛髪由来

４）Surani MA, Hayashi K, Hajkova P. Genetic and細胞の遺伝子発現状態やメチル化状態の変化を検証する。

epigenetic regulators of pluripotency. Cell. 2007 Feb

これらの網羅的発現解析とエピゲノム解析結果、および誘23;128 (4) :747-62.

導モデル系での詳細の検証を統合的に行う事で、白髪予防

５）Nishimura R, Hayashi M, Wu GJ, Kouchi H,

薬剤の開発、抗白髪サプリメントの開発、食生活指導プロ

Imaizumi-Anraku H, Murakami Y, et al. HAR1

グラム開発等々の医学的、美容医学的領域に展開が可能でmediates systemic regulation of symbiotic organある。

development. Nature. 2002 Nov 28; 420 (6914) : 426-9.

４．考６）Inomata K, Aoto T, Binh NT, Okamoto N, Tanimura

察S, Wakayama T, et al. Genotoxic stress abrogates

高齢化社会を迎え、医学的観点からの疾病や老化のみならず、老徴の克服を含めたコスメトロジーに対する国民のrenewal of melanocyte stem cells by triggering theirdifferentiation. Cell. 2009 Jun 12;137 (6) :1088-99.

希求が高まっている。本研究課題の成果により、基礎医学

７）McGill GG, Horstmann M, Widlund HR, Du J,

的には、色素幹細胞分化および毛髪色加齢変化におけるエMotyckova G, Nishimura EK, et al. Bcl2 regulation

ピジェネティクスの役割という新しい概念を提案することby the melanocyte master regulator Mitf modulatesができる。また、コスメトロジーの観点からは、多くの人々

lineage survival and melanoma cell viability. Cell. 2002の美容上の大きな悩みである「白髪」改善へのアプローチ

Jun 14;109 (6) :707-18.

方法を示すことが期待できる。近年薄毛対処法は、複数種

８）Tobin DJ, Paus R. Graying: gerontobiology of theの医薬品の登場により改善の手立てが提供されてきている

hair follicle pigmentary unit. Exp Gerontol. 2001 Jan;36が、白髪に関しては未だに有力な解決策が提示されておらず、本研究の成果が重要な知見をもたらすと期待できる。

(1) : 29-54.
９）Ideta R, Soma T, Tsunenaga M, Ifuku O. Cultured
human dermal papilla cells secrete a chemotactic factor（参考文献）

for melanocytes. J Dermatol Sci. 2002 Jan;28(1):48-59.

１）Lister R, Pelizzola M, Kida YS, Hawkins RD, NeryJR, Hon G, et al. Hotspots of aberrant epigenomic10）Cline DJ. Changes in hair color. Dermatol Clin. 1988
Apr;6 (2) :295-303.

reprogramming in human induced pluripotent stem

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