英語名：induced pluripotent stem cells、英語略名：iPS cells, iPSCs、日本語名：人工多能性幹細胞

　iPS細胞（人工多能性幹細胞）とは、本来、多能性を失っている体細胞に遺伝子導入等の処理を施すことによって人為的に誘導される多能性幹細胞の総称。胚盤胞の内部細胞塊から樹立されるES細胞（胚性幹細胞）と類似した特徴を示し、分化多能性の定義である三胚葉（外胚葉、中胚葉、内胚葉）および生殖細胞への分化能を保持したまま、培養下で半永久的に増殖する。2006年に京都大学の高橋和利博士、山中伸弥博士によって最初の報告がなされた。以降、様々な動物種、細胞種を利用したiPS細胞の樹立が報告されている。ヒトにおいては、個々人の細胞からの作成が可能であることから、疾患特異的iPS細胞を用いた病態解明や薬剤スクリーニングのほか、免疫拒絶を回避した再生医療への応用が期待されている。

iPS細胞の樹立までの経緯

体細胞を初期化する因子の存在

　iPS細胞樹立以前から、卵子やES細胞には体細胞を初期化（リプログラミング）する因子が含まれていることが知られていた。また、京都大学の多田高博士らは、ES細胞と体細胞（胸腺細胞や繊維芽細胞）を電気刺激により誘導させる。このことから、培養下で半永久的に増幅可能なES細胞

初期化因子の探索

　上述の背景と基に、山中博士（当時、奈良先端科学技術大学院大学）はES細胞で特異的に発現する遺伝子群をin silicoでスクリーニングし、ECAT(ES cell associated transcript)と命名した。ECATの中にはEsg1(Dppa5)やOct4等の既存の井出に他に、複数の新規の遺伝子も含まれていた。なかでも、多能性ネットワークの構築と維持において中心的な役割を果たすホメオボックス転写因子Nanog(ECAT4)や、増殖と造腫瘍性を担う恒常活性化型のRasタンパク質ERas(ECAT5)が後に明らかとなった。

iPS細胞樹立の成功

　ECATを用いて。 ECATを1種類ずつ導入した場合にはES様の細胞は得られなかった。一方、24種類のECATを混合して導入した場合、頻度は低いながらもES細胞様のコロニーが得られた。24遺伝子から1遺伝子ずつ差し引く実験により、最終的に4種類の遺伝子（Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc）の組み合わせで十分であることが判明した。この細胞をiPS細胞と名付けられた。その後、

iPS細胞の樹立

動物種

　iPS細胞の受理はマウスにおいて最初に報告されたことに続き、ヒトにおいて樹立された。その後、ウサギ、霊長類ではマーモセット、アカゲザル、カニクイザルにおいて樹立されている。最近では絶滅危惧種であるシロサイやのiPS細胞樹立の報告もあり、遺伝子資源の保存といった観点からも注目されている。

iPS細胞の起源細胞

　マウス胎仔の繊維芽細胞（mouse embryonic fibroblast, MEF）が用いられた。成体の尻尾の繊維芽細胞、胃上皮細胞、肝実質細胞、神経幹細胞、T細胞、間葉系幹細胞。一方、ヒトiPS細胞に関しては、皮膚繊維芽細胞のほか羊膜細胞、臍帯血、末梢血、骨髄、ケラチノサイト、脂肪間質細胞、歯髄幹細胞からの樹立が報告されている。

遺伝子導入方法

　iPS細胞が樹立された当初は、遺伝子導入の手段としてレトロウイルスやレンチウイルスがベクターとして利用された。しかし、どちらのウイルスもゲノムDNAに組み込まれることから、挿入に伴う変異や導入遺伝子の活性化による腫瘍形成等の予期しない異常が生じる危険性を包含している。そこで、こうしたリスクを避けるとして、新たな遺伝子導入方法が考案されてきた。その一つとして、遺伝子導入箇所の特定と除去を可能とする、トランスポゾンを利用したピギーバックが開発された。一方、ゲノムに組み込まれないエピソーマルベクターとして、センダイウイルスやプラスミドDNAを用いる手法が挙げられる。さらに、ベクターという形式を用いず、合成RNAを直接導入する方法についても報告されている。

iPS細胞を誘導する遺伝子

　前述の通り、最初のiPS細胞はOct4、Sox2、Klf4、c-Mycの4種類の遺伝子を導入することで作成されたが、間もなくc-Mycを除いた3因子でも誘導可能であることが示された。しかし、c-Mycがない場合にはiPS細胞の樹立効率は低下した。ヒトの場合においても同じ遺伝子セットで誘導可能であるが、山中博士らとほぼ同時にヒトiPS細胞の作成を報告した博士らは、OCT4、SOX2、NANOG、LIN28。

また、様々な低分子化合物を併用した誘導方法についても多数の報告がある。。

iPS細胞を用いた分化誘導

　中島君よろしく！

医療応用の可能性

　ヒトへの応用を安全性の評価法と急務である。がん遺伝子であるc-Mycを導入した初期のiPS細胞は高頻度にがんを誘発した。また、成体の肝実質細胞由来のiPS細胞では。また、最近では、iPS細胞を介さずに任意の細胞種を直接誘導する「ダイレクトリプログラミング」の研究も盛んに進められており、iPS細胞以外の選択肢としてより安全性の高い手法の開発が期待されている。

同義語：人工多能性幹細胞、iPS細胞

関連用語：ES細胞、胚性幹細胞、分化多能性、ダイレクトリプログラミング

（執筆者：今村公紀、中島龍介、担当編集委員：岡野栄之）

IPS細胞

目次