様式 C-19 科学研究費補助金研究成果報告書 平成 22 年 3月 31 日現在 研究種目：若手研究（スタートアップ） 研究期間：2008∼2009 課題番号：20890084 研究課題名（和文）色素幹細胞のゲノム損傷応答から明らかにするメラノーマ発生機序の解明 研究課題名（英文）The molecular mechanism of melanomagenesis from the study of DNA-damage response of Melanocyte Stem Cell. 研究代表者 青戸 隆博（AOTO TAKAHIRO） 東京医科歯科大学・難治疾患研究所・助教 研究者番号：90457599 研究成果の概要（和文） ： こ れ ま で に 加 齢 に 伴 い 色 素 幹 細 胞 ニ ッ シ ェ に お い て 、本 来 な ら 毛 母 に 存 在 す る は ず の 分 化 し た 色 素 を 含 ん だ 細 胞 が 異 所 性 に 出 現 し て お り 、常 に 白 髪 に 先 だ っ て い た こ と を 見 出 し て い た が 、内 在 性 の ゲ ノ ム 修 復 応 答 異 常 を 呈 す る マ ウ ス で は 若 齢 時 や 低 線 量 放射線照射時においても同様にメラニン色素を沈着した分化した細胞群が色素幹細 胞 ニ ッ シ ェ 出 現 す る こ と を 見 出 し た 。ま た 活 性 酸 素 な ど の 腫 瘍 の 発 生 や 維 持 に 関 与 す ると考えられるゲノム損傷刺激が同様に若齢時マウスにメラニン色素を持つ分化し た 細 胞 群 を 幹 細 胞 ニ ッ シ ェ に 誘 導 で き る こ と が わ か っ た 。こ の と き DNA損 傷 の マ ー カ ー で あ る -H2AXフ ォ ー カ ス や 癌 抑 制 遺 伝 子 で あ る ATMの 活 性 化 な ど が 幹 細 胞 で 認 め ら れ た こ と か ら 、色 素 幹 細 胞 に お い て は DNA損 傷 応 答 と 細 胞 の 分 化 プ ロ グ ラ ム は 未 知 の 分 子 機 構 に よ り 密 接 に リ ン ク し て い る こ と を 意 味 す る 。こ れ ら は 、加 齢 に 伴 う ゲ ノ ム損傷と癌抑制遺伝子群の活性化が色素幹細胞の性質変化をもたらす要因であるこ と を 強 く 示 唆 し 、ま た 通 常 幹 細 胞 し か 存 在 し な い は ず の ニ ッ シ ェ に お い て も 、ゲ ノ ム 障害は幹細胞の自己複製に破綻もしくは機能異常をもたらすことで幹細胞システム 全体の調節に影響することを示唆するものである。 研究成果の概要（英文） ： Ectopically differentiated melanocytes have been found in the melanocyte stem cell niche of mouse hair follicle preceding hair graying, but the mechanism of how this occurs are largely unknown. I found genotoxic stress, including X-ray or free-radical species, can reproduce these phenomena even in young mice. In addition, DNA repair deficient mice are subjected to premature differentiation of stem cells as well as acceralated hair graying, suggesting accumulated exogeneous damage or endogenous DNA damage due to metabolic process are candidate factor leading to hair graying. Ectopically differentiated cells shows DNA damage response such as -H2AX foci during aging process. Furthermore, I found ATM, a well known tumor suppressor, protects stem cell differentiation to prevent hair graying in normal condition. Collectively, these data indicates genotoxic stress induce premature stem cell differentiation, and affect the homeostatic control of stem cell systems. 交付決定額 （金額単位：円） 2008 年度 2009 年度 年度 年度 年度 総 計 直接経費 1,340,000 1,200,000 間接経費 402,000 360,000 2,540,000 762,000 合 計 1,742,000 1,560,000 3,302,000 研究分野：医歯薬学 科研費の分科・細目：実験病理学 キーワード：幹細胞、皮膚、細胞分化、DNA 損傷応答、白髪 １．研究開始当初の背景 悪性黒色腫(メラノーマ)は増殖および転移 能の極めて高い悪性腫瘍の代表例であり、表 皮基底層に分布する色素細胞(メラノサイト) の DNA 損傷などの変異蓄積などによる腫瘍 化に由来するものと考えられてきた。しかし このようなメラノーマのもとになる色素細 胞系譜にも、他の組織同様に幹細胞が存在す る。これら色素幹細胞と呼ばれる細胞は、毛 包のバルジ（恒常部下端）をその生態的適所 (ニッシェ)とし、幹細胞システムにおける腫 瘍の発生機序を考える上で大きな利点を有 することより、これら色素幹細胞の腫瘍発生 への関与を思い立った。 ２．研究の目的 本研究の目的は、加齢や腫瘍発生との 関わりが深いゲノム損傷応答に対して 色素幹細胞がそのような対処を行うこ と で 、未 分 化 か つ 分 化 能 を 有 す る 色 素 幹 細 胞 群 の 維 持 に 機 能 し 、潜 在 的 な 腫 瘍 化 を 防 い で い る の か 、さ ら に こ れ ら ゲ ノ ム 損傷応答の破綻が色素細胞の腫瘍を元 にするメラノーマにどのように寄与し ているか調べることにある。 ３．研究の方法 さまざまな遺伝子欠損マウスのマウス体 毛毛包の毛周期での変化を組織学的染色に 供することで色素幹細胞のゲノム損傷時の 挙動変化を追跡する。 ４．研究成果 これまでに加齢に伴い色素幹細胞ニッ シェにおいて、本来なら毛母に存在する はずの分化した色素を含んだ細胞が異所 性に出現しており、常に白髪に先だって いたことを見出していたが、内在性のゲ ノム修復応答異常を呈するマウスでは、 若齢時や低線量放射線照射時においても 同様にメラニン色素を沈着した分化した 細胞群が色素幹細胞ニッシェ出現するこ とを見出した。また活性酸素などの腫瘍 の発生や維持に関与すると考えられるゲ ノム損傷刺激が同様に若齢時マウスにメ ラニン色素を持つ分化した細胞群を幹細 胞ニッシェに誘導できることがわかった 。 こ の と き DNA損 傷 の マ ー カ ー で あ る g-H2AXフ ォ ー カ ス や A癌 抑 制 遺 伝 子 で あ る ATMの 活 性 化 な ど が 幹 細 胞 で 認 め られたことから、色素幹細胞においては DNA損 傷 応 答 と 細 胞 の 分 化 プ ロ グ ラ ム は未知の分子機構により密接にリンクし ていることを意味する。これらは、加齢 に伴うゲノム損傷と癌抑制遺伝子群の活 性化が色素幹細胞の性質変化をもたらす 要因であることを強く示唆し、また通常 幹細胞しか存在しないはずのニッシェに おいても、ゲノム障害は幹細胞の自己複 製に破綻もしくは機能異常をもたらすこ とで幹細胞システム全体の調節に影響す ることを示唆するものである。 ５．主な発表論文等 （研究代表者、研究分担者及び連携研究者に は下線） 〔雑誌論文〕 （計 ２件） Aoto T, Saitoh N, Sakamoto Y, Watanabe S, Nakao M.Polycomb group protein-associated chromatin is reproduced in post-mitotic G1 phase and is required for S phase progression. J Biol Chem. 査 読 有 2008, 283:pp18905-18915. Inomata K, Aoto T, Binh NT, Okamoto N, Tanimura S, Wakayama T, Iseki S, Hara E, Masunaga T, Shimizu H, Nishimura EK. Genotoxic stress abrogates renewal of melanocyte stem cells by triggering their differentiation. Cell. 査 読 有 2009, 137:pp1088-1099. 〔学会発表〕 （計 3 件） ①Ken Inomata, Takahiro Aoto(発表者) et al., Genotoxic stress abrogates renewal of melanocyte stem cells by triggering their differentiation 第７回幹細胞シンポジウ ム 2009 年５月１６日 東京・港区 ②Ken Inomata（発表者）, Takahiro Aoto et al. , Genotoxic stress induces hair graying thro ugh melanocyte stem cell differentiation in the niche 日本研究皮膚科学会 第３４回年次学 術大会 2009年12月4日福岡・博多 ③猪又顕、青戸 隆博(発表者) 他 ゲノム損 傷ストレスによる色素幹細胞の自己複製阻 害機構についての解析第 32 回日本分子生物 学会年会 2009 年 12 月 9 日神奈川・横浜 〔図書〕 （計 件） 〔産業財産権〕 ○出願状況（計 1 件） 名称：色素幹細胞の未分化性維持促進剤 発明者：西村栄美、 青戸隆博、猪又顕 権利者：西村栄美、 青戸隆博、猪又顕 種類：特願 番号：２００９−２４４４４７ 出願年月日：平成２１年 10 月 23 日出願 国内外の別：国内 ○取得状況（計 0 件） 名称： 発明者： 権利者： 種類： 番号： 取得年月日： 国内外の別： 〔その他〕 ホームページ等 http://www.tmd.ac.jp/mri/scm/inde x.html ６．研究組織 (1)研究代表者 青戸 隆博（AOTO TAKAHIRO） 東京医科歯科大学・難治疾患研究所・助教 研究者番号：90457599 (2)研究分担者 なし (3)連携研究者 なし
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