Transcriptional alteration of DNA damage response genes after ionizing radiation exposure in induced pluripotent stem cells

人工多能性幹細胞における電離放射線照射後のDNA損傷応答遺伝子の転写変化

島田 幹男*; 塚田 海馬*; 三宅 智子*; 神崎 訓枝   ; 柳原 啓見*; 松本 義久*

Shimada, Mikio*; Tsukada, Kaima*; Miyake, Tomoko*; Kanzaki, Norie; Yanagihara, Hiromi*; Matsumoto, Yoshihisa*

人工多能性幹細胞(iPS細胞)は血液や皮膚線維芽細胞などに転写因子を遺伝子導入することにより初期化され、樹立することができる。iPS細胞は全臓器に分化する分化全能性を持ち、再生医療への応用が期待されている。しかしながら、初期化因子にDNA損傷を誘発する可能性があるために、iPS細胞のがんリスクについての報告がある。そのため染色体異常や腫瘍形成の予防には、iPS細胞のDNA損傷応答を解析することが重要である。そこで、本研究では、iPS細胞のゲノム安定性維持の分子メカニズムを明らかにすることを試みた。次世代シーケンサーによるRNAシーケンス解析の結果、DNA修復や細胞周期のチェックポイントやアポトーシスのようなゲノム維持遺伝子の発現が増加した。興味深いことに、神経幹細胞への分化後、これらの遺伝子の発現レベルは減少した。さらに、コロニー形成アッセイでは、iPS細胞での電離放射線被ばくへの高感受性とアポトーシスの活性化が示された。これらの結果は、DNA修復に代わって、アポトーシスの活性化が正確なゲノムDNAを持つ細胞集団を維持することを示唆している。このような分子的洞察は、iPS細胞の安全な医療応用において重要であると考えられる。

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are generated by transduction of reprogramming transcriptional factors. iPSCs have multipotency to differentiate all organs and expected for the application of regenerative medicine. However, it is reported that cancer risk of iPSCs, because of expression of reprogramming factors increased DNA damage. It is important to analysis DNA damage response of iPSCs to prevent chromosomal abnormality and tumor formation. In this study, we attempted to elucidate the molecular mechanism of maintenance of genome stability in iPSCs. RNA-seq analysis by the next generation sequencer showed increased expression of genome maintenance genes such as DNA repair, cell cycle checkpoint and apoptosis. Interestingly, expression level of these genes was decreased after differentiation to the neural stem cells. Furthermore, colony formation assay showed high sensitivity and apoptosis activity to the IR exposure in iPSCs. These results suggested that instead of DNA repair, increasing of apoptosis activity maintain cell population having accurate genome DNA. These molecular insight have important implication for safety medical application of iPSCs.