AIモデルにより加齢造血幹細胞の「司令塔」Pbx1を発見 ―赤血球産生の低下と血小板への偏りを生む遺伝子ネットワークを解明―

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2026-08-25 東北大学

東北大学と国立健康危機管理研究機構の研究グループは、AI単一細胞遺伝子発現モデル「Geneformer」とマルチオミクス解析、移植実験を組み合わせ、加齢した造血幹細胞で血液産生の偏りを生む中心因子Pbx1を同定した。加齢造血幹細胞では、未分化性を維持する遺伝子プログラムと、巨核球・血小板系へ分化しやすいプログラムが同一細胞内で同時に働いていた。AI解析から遺伝子制御ネットワークのハブとして見いだされたPbx1は、赤血球分化に必要な転写因子Gata1の誘導を抑制し、赤血球産生を低下させる一方、相対的に血小板産生へ偏らせることが判明した。本成果は、加齢に伴う貧血や血栓傾向、造血器腫瘍の発症メカニズムの理解を深め、将来的な治療標的の開発につながる可能性がある。

AIモデルにより加齢造血幹細胞の「司令塔」Pbx1を発見 ―赤血球産生の低下と血小板への偏りを生む遺伝子ネットワークを解明―
図1. 若齢造血幹細胞と加齢造血幹細胞

<関連情報>

Geneformerを用いたマルチオミクス統合により、Pbx1が造血幹細胞老化のネットワークハブであることが同定された Geneformer-guided multiomics integration identifies Pbx1 as a network hub of hematopoietic stem cell aging

Hiroshi Kobayashi, Shintaro Watanuki, Yusuke Shiozawa, Motohiko Oshima, […] , and Keiyo Takubo
Science Advances  Published:21 Aug 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb1346

Abstract

Hematopoietic stem cells (HSCs) constitute an organized hematopoietic system that undergoes age-related alterations, including increased platelet production and decreased erythropoiesis. The fundamental mechanisms driving these shifts remain incompletely understood. We used single-cell RNA sequencing data to show that old HSCs contain two distinct transcriptional programs: one shared with megakaryocytes and the other reflecting the most primitive HSC state. Developmental time-series profiling further suggests that the acquisition of these programs begins early in life, with the primitive module rising prenatally and megakaryocytic priming emerging after birth. Using a fine-tuned Geneformer (transformer-based deep learning model) to capture higher-order differences between young and old HSCs, coupled with transcriptomic and epigenetic profiling, as well as transcription factor screens, we identified Pbx1 as a key regulator of these age-related transcriptional and differentiation changes. Specifically, Pbx1 suppresses erythroid differentiation by repressing Gata1 expression. These findings provide insight into HSC aging and may inform approaches to modulate age-associated HSC dysfunction.

細胞遺伝子工学
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