再プログラミング

生物学において、リプログラミングとは、哺乳類の発生過程や細胞培養過程におけるDNAメチル化などのエピジェネティックなマークの消去とリモデリングを指します。 [ 1 ]このような制御は、ヒストンの代替的な共有結合修飾と関連することもよくあります。

哺乳類の3つのライフステージにおいて、大規模（エピジェネティックマークの10%から100%）かつ急速（数時間から数日）なリプログラミングが起こります。エピジェネティックマークのほぼ100%は、卵子と精子の受精後、発生初期における2つの短い期間でリプログラミングされます。さらに、強い恐怖記憶の形成過程においては、海馬ニューロンにおけるDNAメチル化のほぼ10%が急速に変化する可能性があります。

哺乳類では受精後、DNAのメチル化パターンは大部分が消去され、その後初期胚発生中に再構築される。親由来のメチル化はほぼすべて、最初は初期胚発生中に、そして配偶子形成においても消去され、そのたびに脱メチル化と再メチル化が起こる。初期胚発生中の脱メチル化は着床前期に起こる。精子が卵子を受精させて接合子を形成した後、父方DNAの急速なDNA脱メチル化と母方DNAの緩やかな脱メチル化が起こり、メチル化がほとんどない桑実胚が形成されるまで続く。胚盤胞形成後、メチル化が始まる可能性があり、胚盤胞形成とともにメチル化の波が胚の着床期まで続く。始原生殖細胞（PGC）内の配偶子形成中に、急速かつほぼ完全な脱メチル化の別の期間が起こる。 PGC以外の着床後段階では、体細胞のメチル化パターンは段階と組織に特異的であり、おそらくそれぞれの細胞タイプを定義する変化を伴い、長期間にわたって安定して持続する。[ 2 ]

胚発生

マウスゲノムにおけるDNAメチル化のタイムライン。赤：女性生殖細胞系列、青：男性生殖細胞系列、灰色：体細胞系列、PGC：始原生殖細胞、ICM：内部細胞塊。

マウス精子ゲノムは、DNAのCpG部位が80～90％メチル化されており、メチル化部位は約2000万箇所に及ぶ。受精後、父方染色体はDNA複製前の能動的なプロセスによって6時間以内にほぼ完全に脱メチル化される（図の青線）。成熟した卵母細胞では、CpG部位の約40％がメチル化されている。母方染色体の脱メチル化は主に、メチル化酵素が母方由来のDNAに作用するのを阻害することと、複製中にメチル化された母方DNAが希釈されることによって起こる（図の赤線）。桑実胚（16細胞期）では、 DNAメチル化はわずかである（図の黒線）。受精後3.5日目に胚盤胞内でメチル化が増加し始め、4.5日目から5.5日目にかけて胚盤胞上層でメチル化の大きな波が起こり、メチル化率は12%から62%に上昇し、子宮への着床後に最高レベルに達します。[ 3 ]受精後7日目までに、着床した胚内で 新たに形成された始原生殖細胞（PGC）は、残りの体細胞から分離します。この時点で、PGCのメチル化レベルは体細胞とほぼ同じです。

移植された胚において新たに形成された始原生殖細胞（PGC）は、体細胞から分化します。この時点でPGCは高レベルのメチル化を有しています。これらの細胞は、胚盤葉上層から生殖隆起部へと移動します。ここで細胞は急速に増殖し、2つの波で脱メチル化が始まります。第1波では複製希釈によって脱メチル化が起こりますが、第2波では能動的なプロセスによって脱メチル化が起こります。第2波は特定の遺伝子座の脱メチル化につながります。この時点で、PGCゲノムはライフサイクル全体を通して最も低いDNAメチル化レベルを示します（胚発生13.5日目（E13.5）では、本セクションの2番目の図を参照）。[ 4 ]

マウス胚発生におけるDNAメチル化の動態

受精後、新たに形成された胚の一部の細胞は胚頂部に移動し、最終的には次世代の生殖細胞（精子と卵母細胞）となります。ゲノムインプリンティング現象により、母方ゲノムと父方ゲノムは異なるマークが付けられており、生殖細胞系列を通過するたびに適切に再プログラムされる必要があります。そのため、配偶子形成の過程で、始原生殖細胞は、伝達する親の性別に基づいて、元々の両親由来のDNAメチル化パターンを消去し、再構築する 必要があります。

受精後、父方ゲノムと母方ゲノムは、エピジェネティックな特徴を消去し全能性を獲得するために脱メチル化される。この時点では非対称性があり、雄性前核は迅速かつ能動的な脱メチル化を受ける。一方、雌性前核は、その後の細胞分裂中に受動的に脱メチル化される。DNA脱メチル化のプロセスには、塩基除去修復と、おそらく他のDNA修復に基づくメカニズムが関与している。 [ 5 ]このプロセスはゲノム全体に及ぶ性質を持つが、インプリント遺伝子、レトロトランスポゾン、セントロメアヘテロクロマチンに関連する差次的メチル化領域（DMRS） など、このプロセスを回避する特定の配列が存在する。胚を完全な生物に分化させるには、再び再メチル化が必要となる。[ 6 ]

着床前胚の体外操作は、インプリントされた遺伝子座のメチル化パターンを破壊することが示されており[ 7 ]、クローン動物において重要な役割を果たしている。[ 8 ]

学習と記憶

記憶形成に関与する脳領域

学習と記憶には永続性のレベルがあり、思考、言語、意識など、本質的に一時的な他の精神プロセスとは異なります。学習と記憶はゆっくり（九九）蓄積されることも、急速に（熱いストーブに触れる）蓄積されることもありますが、一度獲得されると、長期間にわたって意識的に思い出すことができます。文脈的恐怖条件付けを1回受けたラットは、特に強力な長期記憶を形成しました。訓練後24時間で、ラットの海馬ニューロンのゲノムにある遺伝子の9.17％が差次的メチル化されていることがわかりました。これには、訓練後24時間で2,000を超える差次的メチル化遺伝子と、脱メチル化されている500を超える遺伝子が含まれます。[ 9 ] 脳の海馬領域は、文脈的恐怖記憶が最初に保存される場所ですが（このセクションの脳の図を参照）、この保存は一時的であり、海馬には残りません。ラットでは、条件付けのわずか1日後に海馬摘出を行うと文脈的恐怖条件付けは解除されますが、条件付けと海馬摘出の間に長い遅延（28日間）が課されると、ラットはかなりの量の文脈的恐怖を保持します。[ 10 ]

分子段階

DNAメチロームの再プログラミングには、3つの分子段階が必要です。第1段階：リクルート。再プログラミングに必要な酵素が、脱メチル化またはメチル化を必要とするゲノム部位にリクルートされます。第2段階：実行。最初の酵素反応が起こります。メチル化の場合、これはシトシンから5-メチルシトシンへのメチル化をもたらす短いステップです。第3段階：塩基除去DNA修復。脱メチル化の中間生成物は、塩基除去DNA修復経路の特定の酵素によって触媒され、最終的にDNA配列中のシトシンが復元されます。

5-メチルシトシンの脱メチル化。ニューロンDNAにおける5-メチルシトシン（5mC）の脱メチル化。2018年にレビューされたように[ 11 ] 、脳ニューロンにおいて、5mCはTETジオキシゲナーゼによって酸化され、5-ヒドロキシメチルシトシン（5hmC）が生成される。その後、TET酵素が5hmCをさらに水酸化し、5-ホルミルシトシン（5fC）と5-カルボキシルシトシン（5caC）を生成する。チミンDNAグリコシラーゼ（TDG）は中間塩基5fCと5caCを認識し、グリコシド結合を切断してアピリミジン部位（AP部位）を形成する。別の酸化的脱アミノ化経路では、5hmCは活性誘導性シチジンデアミナーゼ/アポリポプロテインB mRNA編集複合体（AID/APOBEC）によって酸化的に脱アミノ化され、5-ヒドロキシメチルウラシル（5hmU）が生成されます。5mCはチミン（Thy）にも変換されます。5hmUはTDG、単鎖選択的単官能性ウラシルDNAグリコシラーゼ1（SMUG1）、Nei-Like DNAグリコシラーゼ1（NEIL1）、またはメチルCpG結合タンパク質4（MBD4）によって切断されます。その後、AP部位およびT:Gミスマッチは塩基除去修復（BER）酵素によって修復され、シトシン（Cyt）が生成されます。

このセクションの図は、5-メチルシトシンを脱メチル化してシトシンを形成する際の、 10～11個の転座メチルシトシンジオキシゲナーゼ（TET）の中心的な役割を示しています。 [ 12 ] 2018年にレビューされたように、[ 12 ] 5mCは多くの場合、最初にTETジオキシゲナーゼによって酸化され、5-ヒドロキシメチルシトシン（5hmC）が生成されます。連続したステップ（図を参照）で、TET酵素は5hmCをさらに水酸化して、 5-ホルミルシトシン（5fC）と5-カルボキシルシトシン（5caC）を生成します。チミン-DNAグリコシラーゼ（TDG）は中間塩基5fCと5caCを認識し、グリコシド結合を切り出してアピリミジン部位（AP部位）を形成します。別の酸化的脱アミノ化経路では、5hmCはAPOBEC（AID/APOBEC）デアミナーゼによって酸化的に脱アミノ化され、5-ヒドロキシメチルウラシル（5hmU）が形成されるか、または5mCはチミン（Thy）に変換されます。5hmUはTDG、 SMUG1、NEIL1、またはMBD4によって切断されます。その後、AP部位とT:Gミスマッチは塩基除去修復（BER）酵素によって修復され、シトシン（Cyt）が生成されます。

TETファミリー

TET酵素のアイソフォームには、TET1の少なくとも2つのアイソフォーム、TET2の1つのアイソフォーム、およびTET3の3つのアイソフォームが含まれます。[ 13 ] [ 14 ]完全長の標準的なTET1アイソフォームは、初期胚、胚性幹細胞、および始原生殖細胞（PGC）に事実上限定されているようです。ほとんどの体細胞組織、少なくともマウスで優勢なTET1アイソフォームは、代替プロモーターの使用により生じ、短い転写産物とTET1sと呼ばれる短縮タンパク質が生じます。TET3のアイソフォームは、完全長フォームTET3FL、短いスプライスバリアントTET3s、および卵母細胞とニューロンで発生するTET3oと呼ばれるフォームです。TET3oは代替プロモーターの使用により生成され、11個のアミノ酸をコードする最初のN末端エクソンが追加されています。 TET3oは卵母細胞とニューロンにのみ発現しており、胚性幹細胞やその他の細胞種、あるいは試験した成体マウス組織では発現が見られませんでした。TET1の発現は卵母細胞と接合子ではほとんど検出されず、TET2の発現も中程度であるのに対し、TET3の変異体であるTET3oは卵母細胞と接合子で極めて高い発現レベルを示しますが、2細胞期ではほとんど発現しません。1細胞期のニューロン、卵母細胞、接合子で高い発現レベルを示すTET3oは、これらの細胞で非常に大規模な急速な脱メチル化が起こる際に利用される主要なTET酵素である可能性があります。

TETのDNAへのリクルート

TET酵素は、リクルートされた場合を除いて、5-メチルシトシンに特異的に結合しません。リクルートやターゲティングがない場合、TET1は主にゲノムワイドで高CGプロモーターおよびCpGアイランド（CGI）に結合します。CXXCドメインはメチル化されていないCGIを認識できます。[ 15 ] TET2はDNA中の5-メチルシトシンに親和性がありません。[ 16 ]ニューロンで主に発現する全長TET3のCXXCドメインは、Cが5-カルボキシシトシン（5caC）に変換されたCpGに最も強く結合します。しかし、TET3はメチル化されていないCpGにも結合します。[ 14 ]

CpG部位でのDNA脱メチル化の開始。成体体細胞では、DNAメチル化は典型的にはCpGジヌクレオチド（ CpG部位）の領域で起こり、5-メチルシトシン-pG（5mCpG）が形成される。活性酸素種（ROS）はジヌクレオチド部位のグアニンを攻撃し、8-ヒドロキシ-2'-デオキシグアノシン（8-OHdG）を形成し、結果として5mCp-8-OHdGジヌクレオチド部位が形成される。塩基除去修復酵素OGG1は8-OHdGを標的とし、即時の除去を行わずに病変に結合する。5mCp-8-OHdG部位に存在するOGG1はTET1をリクルートし、TET1は8-OHdGに隣接する5mCを酸化する。これにより、前の図に示すように5mCの脱メチル化が開始される[ 17 ] 。

TET酵素が脱メチル化を開始するには、まずDNAのメチル化されたCpG部位にリクルートされる必要があります。TET酵素をDNAのメチル化されたシトシンにリクルートすることが示されているタンパク質のうち、OGG1（図「DNA脱メチル化の開始」参照）[ 17 ]とEGR1 [ 18 ]の2つが挙げられます。

OGG1

オキソグアニングリコシラーゼ（OGG1）は、酸化ダメージを受けた塩基8-OHdGの塩基除去修復の第一段階を触媒する。OGG1は、線状DNAに沿って0.1秒で1,000塩基対のDNAをスライドして、8-OHdGを見つける。[ 19 ] OGG1は非常に迅速に8-OHdGを見つける。OGG1タンパク質は、約6秒の半減期で酸化ダメージを受けたDNAに結合します。[ 20 ] OGG1は8-OHdGを見つけると、構造を変えてOGG1の結合ポケットで8-OHdGと複合体を形成する。[ 21 ] OGG1はすぐには8-OHdGを除去する作用を示さない。8-OHdGの半減期の除去には、 in vitroのHeLa細胞 では約30分、[ 22 ]または放射線照射マウスの肝臓では約11分かかる。[ 23 ]活性酸素種 によるDNA酸化は、5-メチルシトシンに隣接するグアニン塩基のイオン化ポテンシャルが低いため、メチル化されたCpG部位のグアニンで優先的に起こります。 [ 24 ] TET1は8-OHdGに結合したOGG1に結合（リクルート）します（図参照）。[ 17 ] これにより、TET1は隣接するメチル化シトシンを脱メチル化できると考えられます。ヒト乳腺上皮細胞（MCF-10A）をH 2 O 2で処理する と、DNA中の8-OHdGが3.5倍に増加し、5-メチルシトシンがDNA中の初期レベルの約20%まで大規模に脱メチル化されました。[ 17 ]

EGR1

初期成長応答タンパク質 1 ( EGR1 )遺伝子は、前初期遺伝子(IEG) です。IEG の特徴は、タンパク質合成とは無関係に、mRNA レベルが数分以内に迅速かつ一時的に上方制御されることです。[ 25 ] EGR1 は神経活動によって急速に誘導されます。[ 26 ]成人では、EGR1 は脳全体に広く発現し、内側前頭前皮質、線条体、海馬、扁桃体 など、脳のいくつかの重要な領域でベースラインの発現レベルを維持しています。[ 25 ] この発現は、認知、感情反応、社会的行動、報酬に対する感受性の制御に関連しています。[ 25 ] EGR1 は、モチーフ5′-GCGTGGGCG-3′ および 5′-GCGGGGGCGG-3′ のある部位で DNA に 結合し、これらのモチーフは主に遺伝子のプロモーター領域に発生します。[ 26 EGR1とTET1sは、DNAとの会合とは独立して、両タンパク質のC末端領域を介して複合体を形成する。 [ 26 ] EGR1はTET1sをEGR1結合部位に隣接するゲノム領域にリクルートする。[ 26 ] EGR1の存在下では、TET1sは遺伝子座特異的な脱メチル化と、EGR1によって制御される下流遺伝子の発現の活性化が可能である。[ 26 ]

歴史

再プログラミングを初めて成功させた人物はジョン・ガードンであり、1962年に分化した腸管上皮細胞を除核したカエルの卵に移植して遊泳するオタマジャクシを得ることに成功し、分化した体細胞を胚の状態に再プログラミングできることを実証した。[ 27 ]この功績により、ガードン氏は山中伸弥氏とともに2012年のノーベル医学賞を受賞した。[ 28 ] 山中氏は、ガードン氏が発見したこの体細胞核移植あるいは卵母細胞に基づく再プログラミングのプロセス（下記参照）が、特定の因子（Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc ）によって（マウスで）再現され、人工多能性幹細胞（iPSC）を生成できることを（2006年に）初めて実証した。[ 29 ] LIN25 [ 30 ]やホメオボックスタンパク質NANOGなど他の遺伝子の組み合わせも使用されている。[ 30 ] [ 31 ]

再プログラミングの段階

細胞運命を変化させることができるという発見により、細胞がリプログラミングを受けていることを示す一連の出来事はどのような進行を示すのかという疑問が生じました。iPSCリプログラミングの最終産物は、形態、増殖、遺伝子発現、多能性、テロメラーゼ活性において類似していたため、遺伝子マーカーと形態マーカーを用いて、リプログラミングのどの段階が進行しているかを判定することができました。[ 32 ]リプログラミングは、開始段階、成熟段階、安定化段階の3つの段階に定義されています。[ 33 ]

入会

開始段階は、細胞型特異的遺伝子のダウンレギュレーションと多能性遺伝子のアップレギュレーションと関連している。[ 33 ]細胞が多能性に向かって進むにつれて、テロメラーゼ活性が再活性化され、テロメアが延長する。細胞は多能性遺伝子発現の準備として自己改変を行っているため、細胞形態はリプログラミングプロセスに直接影響を与える可能性がある。[ 34 ]開始段階が完了したことを示す主な指標は、多能性に関連する最初の遺伝子が発現していることである。これには、間葉系上皮転換（MET）中のOct-4またはホメオボックスタンパク質NANOGの発現、そしてアポトーシスと老化の消失が含まれる。[ 35 ]

細胞が一つの体細胞から別の体細胞に直接再プログラムされると、それぞれの細胞型に関連する遺伝子がそれに応じてアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションされ始める。[ 33 ]これは、直接的な細胞再プログラム化によって起こる場合もあれば、iPSCなどの中間体を作成して目的の細胞型に分化させることによって起こる場合もある。[ 35 ]

開始段階は、核移植、細胞融合、または特定の因子（マイクロRNA、転写因子、エピジェネティックマーカー、およびその他の小分子）の3つの経路のいずれかによって完了します。[ 30 ] [ 35 ]

体細胞核移植

体細胞核移植。体細胞の核を、元の核を除去した卵母細胞に移植する。[ 36 ]その卵母細胞は体細胞から遺伝物質を取り込み、全能性細胞に分裂する。[ 35 ]

卵母細胞は体細胞核移植後に成体の核を胚の状態に再プログラムすることができ、その細胞から新しい生物を発生することができる。[ 36 ]

再プログラミングは体細胞エピタイプの発達とは異なる[ 37 ]。なぜなら、体細胞エピタイプは生物が発生段階を終えた後にも変化する可能性があるからである[ 38 ] 。 体細胞核移植の際、卵母細胞は体細胞核内の組織特異的遺伝子をオフにし、胚特異的遺伝子をオンに戻す。このプロセスは、ジョン・ガードンのオタマジャクシ[ 27 ]や羊のドリー[ 39 ]を通して見られるように、クローン技術によって実証されている。特に、これらの出来事は細胞運命が可逆的なプロセスであることを示している。

細胞融合

細胞融合。2つの細胞を融合させて核DNAを共有することで異核共存体を形成し、さらにヌクレアーゼが融合して雑種細胞を形成する。[ 35 ]

[ 35 ]細胞融合はヘテロカリオンと呼ばれる多核細胞を作り出すために用いられます。 [ 35 ]融合細胞は、本来は発現していない遺伝子を再活性化し、発現できるようにします。遺伝子が再活性化されると、細胞は再分化することができます。ヘテロカリオン細胞の再プログラミングを助けるために、山中因子などの転写因子が依然として必要とされる場合もあります。 [ 40 ]

定義された要因

定義された因子。マイクロRNA、転写因子、エピジェネティックマーカー、その他の小分子、またはこれらの組み合わせを添加することで、他の遺伝子の発現を引き起こし、細胞の再プログラミングを誘導することができる。 [ 30 ] [ 35 ]

核移植や細胞融合とは異なり、定義された因子には完全なゲノムは必要なく、再プログラミング因子のみが必要です。これらの再プログラミング因子には、マイクロRNA、転写因子、エピジェネティックマーカー、およびその他の低分子が含まれます。[ 35 ]山中によって発見されたiPSCの発生につながる最初の転写因子には、Oct4、Sox2、Klf4、およびc-Myc（OSKM因子）があります。[ 29 ] [ 32 ] OSKM因子は多能性を誘導および促進することが示されているが、ホメオボックスタンパク質NANOG、[ 41 ] LIN25、[ 30 ] TRA-1-60、[ 41 ]およびC/EBPα [ 42 ]などの他の転写因子は再プログラミングの効率を助けます。マイクロRNAやその他の低分子駆動プロセスの使用は、体細胞から多能性への分化の効率を高める手段として利用されてきました。[ 35 ]

成熟

成熟期は、最初の多能性遺伝子が発現する開始期の終わりに始まる。[ 33 ]細胞は、再プログラミングプロセスを開始した特定の因子から独立する準備をしている。iPSCで最初に検出される遺伝子は、Oct4、ホメオボックスタンパク質NANOG、Esrrbであり、その後Sox2が続く。[ 35 ]成熟の後期には、トランスジーンサイレンシングによって、細胞が誘導転写因子から独立し始める。細胞が独立すると、成熟期は終了し、安定化期が始まる。

リプログラミングの効率は変動性が高く、効率の低いプロセスであることが証明されているため、すべての細胞が成熟段階を完了し、多能性を獲得するわけではない。[ 42 ]リプログラミングを受けた細胞の中には、遺伝子発現の変化による酸化ストレスにより、成熟段階の初期段階でアポトーシスに陥ったままの細胞もある。マイクロRNA 、タンパク質、そしてOSKM因子の様々な組み合わせを用いることで、リプログラミングの効率が向上し始めている。

安定

安定化期とは、細胞が多能性に達した後に起こる過程を指す。遺伝的マーカーとしてはSox2の発現とX染色体の再活性化が挙げられ、エピジェネティックな変化としてはテロメラーゼによるテロメアの延長[ 30 ]と細胞のエピジェネティック記憶の喪失[ 33 ]が挙げられる。細胞のエピジェネティック記憶は、成熟期から安定化期にかけて、活性化誘導シチジン脱アミナーゼ（AID）、TET酵素（TET）、DNAメチルトランスフェラーゼ（DMNT）を用いたDNAメチル化の変化によってリセットされる[ 43 ] 。 [ 33 ]細胞のエピジェネティック記憶が失われると、三胚葉への分化が可能になる。[ 32 ]これは、元の体細胞型に戻ることなく継代培養できるため、完全に再プログラムされた細胞であると考えられる。[ 35 ]

細胞培養システムでは

幹細胞は、3つの胚葉に分化できる未分化細胞と定義されます。染色体のテロメアを延長するテロメラーゼを介した自己複製能力により、幹細胞集団は一定に維持されます。人工多能性幹細胞は継代培養されるにつれて、細胞のエピジェネティック記憶が減少し、細胞は徐々に元の体細胞型ではなく、あらゆる細胞型に分化しようとするようになります。[ 33 ]

リプログラミングは、外因性因子（通常は転写因子）の導入によって人工的に誘導することもできます。この文脈では、成人線維芽細胞などの成熟細胞から人工多能性幹細胞を作製することを指すことが多いです。これにより、胚を用いることなく、幹細胞治療の研究など、生物医学研究のための幹細胞を作製することが可能になります。これは、レトロウイルスなどのウイルスベクターを用いて、成熟細胞に幹細胞関連遺伝子を導入することによって行われます。

転写因子

細胞を変化させる転写因子として最初に発見されたものの一つは、筋芽細胞においてMyoDをコードする相補DNA （cDNA）が発現し、線維芽細胞を筋芽細胞へと転換させた際に発見されました。リンパ球系細胞を骨髄球系細胞へと直接転換させたもう一つの転写因子はC/EBPαです。MyoDとC/EBPαは、細胞を形質転換できる少数の単一因子の例です。多くの場合、複数の転写因子が連携して細胞を再プログラムします。

OSKM

OSKM因子（Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc）は、2006年に山中氏によってマウス線維芽細胞から人工多能性幹細胞（iPSC）を誘導することによって初めて発見されました。[ 29 ]翌年には、これらの因子がヒト線維芽細胞からiPSCを誘導するために使用されました。[ 32 ]

Oct4は、胚性幹細胞と腫瘍の両方に見られるように、多能性に必要な中核的な制御遺伝子の一部です。 [ 44 ] Oct4を少量でも使用することで、多能性への分化を開始できます。Oct4はSox2と協力して、分化を助ける可能性のあるFGF4の発現を促進すると考えられています。

Sox2は幹細胞の多能性維持に用いられる遺伝子である。Oct4とSox2は連携して、多能性維持に用いられる数百の遺伝子を制御する。[ 44 ]しかし、Sox2はOct4と共に遺伝子制御に関与する唯一のSoxファミリーメンバーではない。Sox タンパク質は幹細胞ゲノム全体で重複しているため、 Sox4、Sox11、Sox15も関与している。

KLF4は、増殖、分化、アポトーシス、そして体細胞リプログラミングに用いられる転写因子です。細胞リプログラミングにおいて、KLF4はアポトーシス誘導能を用いて損傷細胞の細胞分裂を阻害し、ヒストンアセチルトランスフェラーゼの活性を促進します。[ 32 ]

c-Mycはがん遺伝子としても知られており、特定の条件下ではがんを引き起こす可能性があります。[ 45 ]細胞リプログラミングにおいて、c-Mycは細胞周期の進行、アポトーシス、そしてさらなる分化のための細胞形質転換に用いられます。c-Mycのがん原性特性のため、Oct4、Sox2、Klf4（OSK）のみを発現し、TERT遺伝子治療と組み合わせることが、老化を遅らせるための生体内リプログラミングにおいてより安全で効率的な方法であることが示唆されています。[ 46 ]

ナノグ

ホメオボックスタンパク質NANOG （NANOG）は、多能性[ 47 ]を維持し、細胞決定因子[ 48 ]を抑制することでiPSCの生成効率を高めるために使用される転写因子です。NANOGは、 H3K27me3などのヒストンマーカーの抑制を介してクロマチンアクセシビリティを促進することによって機能します。NANOGは、転写に使用されるOct4、Sox2、およびEsrrbのリクルートを助けると同時に、クロマチンアクセシビリティのためにBrahma関連遺伝子-1（BRG1）をリクルートします。

C/EBPα

CEBPAは、iPSCだけでなく他の細胞への細胞の再プログラム化にも一般的に用いられる因子です。C/EBPαは、リンパ球系細胞を骨髄系細胞に直接再プログラム化する際に、単一のトランスアクティング因子であることが示されています。[ 42 ] C/EBPαは、OSKM因子の取り込みと特定の転写イベントのために細胞を準備するのを助ける「パスブレーカー」と考えられています。[ 41 ] C/EBPαは、再プログラム化イベントの効率を高めることも示されています。[ 33 ]

変動性

再プログラミング後に得られる細胞の特性は、特にiPSC間で大きく異なる可能性があります。[ 49 ] 再プログラミングのパフォーマンスと最終製品の機能的特徴のばらつきにつながる要因には、遺伝的背景、組織の供給源、再プログラミング因子の化学量論、細胞培養に関連するストレス要因などがあります。[ 49 ]

参照

参考文献

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