異種動物内での細胞のふるまいを解明—再生医療に新たな手がかり~ドナー細胞の遺伝子が“環境”に影響される仕組みを発見、臓器再生や移植医療への応用に期待~

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2025-05-30 東京科学大学

異種動物内での細胞のふるまいを解明—再生医療に新たな手がかり~ドナー細胞の遺伝子が“環境”に影響される仕組みを発見、臓器再生や移植医療への応用に期待~

東京科学大学と大阪大学の研究チームは、異種キメラ動物(マウスとラット)を用いて、ドナー細胞の遺伝子発現が細胞内在性因子(細胞自身)と外在性因子(周囲環境)のどちらにより制御されるかを解明しました。単一細胞RNAシーケンス解析により、約21〜28%の遺伝子発現が外在性因子により制御されていることが判明し、特に小胞体ストレス応答に関与する遺伝子群が異種環境に依存して制御されていることが示されました。また、インプリンティング遺伝子の発現が異種環境下で破綻していることも明らかとなり、これらの知見は、異種環境におけるドナー細胞の寄与率向上や臓器再生の成功率向上に寄与する可能性があります。本研究成果は、再生医療や移植医療への応用が期待され、国際科学誌「Cell Genomics」に掲載されました。

<関連情報>

進化を支える細胞内因子と細胞外因子の分離 Disentangling cell-intrinsic and cell-extrinsic factors underlying evolution

Alexander L. Starr ∙ Toshiya Nishimura ∙ Kyomi J. Igarashi ∙ Chihiro Funamoto ∙ Hiromitsu Nakauchi ∙ Hunter B. Fraser
Cell Genomics  Published:May 29, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xgen.2025.100891

Highlights

  • Cellular function is shaped by factors both intrinsic and extrinsic to every cell
  • We invent a framework to decompose trait divergence into intrinsic/extrinsic components
  • Rat-mouse chimeras show that most gene expression divergence is cell intrinsic
  • Misexpression of imprinted genes suggests intrinsic/extrinsic incompatibilities

Summary

A long-standing question in biology is the extent to which cells function autonomously as opposed to requiring interactions with other cells or environmental factors. Here, we develop a framework to use interspecies chimeras to precisely decompose evolutionary divergence in any cellular trait into cell-intrinsic and cell-extrinsic components. Applying this framework to thousands of gene expression levels in reciprocal rat-mouse chimeras, we found that most divergence is cell intrinsic, though extrinsic factors also play an integral role. For example, cell-extrinsic regulation of a transcription factor can propagate to its target genes, leading to cell-type-specific extrinsic regulation of both their mRNA and their protein levels. We also show that imprinted genes are dramatically misexpressed in chimeras, suggesting a mismatch between rapidly evolving intrinsic and extrinsic imprinting mechanisms. Overall, our conceptual framework opens up new avenues to investigate the mechanistic basis of the evolution, development, and regulation of myriad cellular traits in any multicellular organism.

生物工学一般
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