リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Hes1による発現動態依存的な細胞増殖制御機構の解明」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Hes1による発現動態依存的な細胞増殖制御機構の解明

前田, 勇樹 京都大学 DOI:10.14989/doctor.r13582

2023.11.24

概要

Hes1 による発現動態依存的な細胞増殖制御機構の解明

前田

勇樹

1

目次

論文要旨

4

略語表

5

第一章 序論
1.1 胎仔及び成体の脳における神経幹細胞の役割

7

1.2 成体神経幹細胞の活性状態と休眠状態の制御における Notch シグナルの役割

9

1.3 Hes1 の振動発現の仕組み

10

1.4 神経幹細胞における Hes1 による細胞増殖制御機構

12

1.5 他の細胞種における Hes1 による細胞増殖制御機構

14

1.6 本研究の目的と結果

15

第二章 実験方法
2.1 遺伝子組み換えマウス

16

2.2 細胞培養

16

2.3 プラスミド設計

17

2.4 レンチウイルスの作製

19

2.5 神経幹細胞の樹立

20

2.6 安定発現株の樹立

20

2.7 p21 遺伝子座ノックイン細胞の樹立

21

2.8 細胞増殖アッセイ

21

2.9 試薬・抗体

22

2.10 タンパク質の半減期測定

23

2.11 ホールマウント in situ hybridization

23

2.12 ウェスタンブロッティング解析

23

2.13 発光タイムラプスイメージング

24

2.14 蛍光タイムラプスイメージング

24

2.15 CL24B-LIC/B を用いた発光シグナルのタイムラプス測定

24

2.16 Tet-On システムによる遺伝子発現誘導

25
2

2.17 ルシフェラーゼ解析

25

2.18 クロマチン免疫沈降 (ChIP)アッセイ

26

2.19 RNA-seq 解析

27

2.20 画像解析

28

2.21 統計解析

28

第三章 結果
3.1 神経幹細胞における Hes1 の発現動態の解析

29

3.2 神経幹細胞における Hes1 の細胞増殖への影響についての解析

33

3.3 Hes1 の欠損と Hes1 の持続的な高発現は p21 の発現を促進する

36

3.4 Hes1 の振動発現は p21 の発現を抑制する

38

3.5 神経幹細胞における p21 の発現動態の解析

40

3.6 Hes1 の持続的な高発現は一時的に p21 の発現を抑制するが、最終的に促進する

44

3.7 Hes1 の持続的な高発現による p21 の発現上昇に関与する因子の探索

46

3.8 Hes1 の持続的な高発現は MEK-ERK パスウェイを介して p21 の発現を促進する

51

3.9 Hes1 の持続的な高発現は Dusp7 の発現を抑制することで Erk1/2 のリン酸化を誘導する 53

第四章 考察
4.1 Hes1 による発現動態依存的な細胞周期制御機構

57

4.2 Hes1 による細胞増殖の抑制における発現レベルの重要性

59

4.3 Ascl1 を介した Hes1 による細胞増殖の制御

59

4.4 ヒト乳癌細胞における Hes1 の発現動態

59

4.5 生体内に近い培養条件の重要性

60

4.6 神経幹細胞における p21 以外の CKI による休眠状態の制御

60

4.7 遺伝子の機能における発現動態の重要性

60

引用文献

62

謝辞

70

3

論文要旨

胎仔期の神経幹細胞は活発に分裂し、多数の神経細胞やグリア細胞を産生する一方で、一
部の神経幹細胞は増殖と分化を行わない休眠状態になる。このような細胞の増殖と休眠の
制御に転写抑制因子 Hairy enhancer of split 1 (Hes1)が重要であることが知られている。
Hes1 の振動発現は細胞の増殖を促進する一方で、
Hes1 の持続的な高発現は増殖を抑制し、
休眠状態を誘導する。しかし、Hes1 が発現動態依存的に細胞増殖を制御するメカニズムは
いまだ不明な点が多く残されている。そこで本研究では、このメカニズムの解明を目指した。
まず、神経幹細胞の増殖への Hes1 の寄与を確認するため、Hes1 に加えて、Hes 関連遺
伝子群(Hes3、Hes5、Hey1)を欠損させる、または Hes1 の持続的な高発現を誘導した。そ
の結果、どちらの条件でも神経幹細胞の増殖が抑制された。したがって Hes1 の振動発現が
神経幹細胞の増殖を促進することが示唆された。次に Hes1 の振動発現が細胞増殖を促進す
るメカニズムを調べるために、RNA sequencing (RNA-seq)解析によって Hes1 と Hes 関連
遺伝子群の欠損、及び Hes1 の持続的な高発現による遺伝子発現の変化を網羅的に調べたと
ころ、Cyclin-dependent kinase inhibitor (CKI) p21 の発現がどちらの条件でも上昇すること
が分かった。
また、
Hes1 の持続的な高発現に加えて、
p21 の発現をノックダウンすると Hes1
の持続的な高発現によって抑制された細胞増殖が改善された。以上の結果より、Hes1 の持
続的な高発現は p21 の発現を促進することで細胞増殖を抑制することが示唆された。次に
p21 プロモーターレポーターと光応答性遺伝子発現システムを用いて、Hes1 の振動発現に
よる p21 の発現への影響を調べたところ、Hes1 の振動発現によって p21 の発現が抑制さ
れた。加えて、クロマチン免疫沈降(Chromatin immunoprecipitation, ChIP)アッセイにより、
Hes1 が p21 プロモーターに直接結合することが分かった。以上の結果より、Hes1 は直接
p21 の発現を抑制することが示唆された。次に Hes1 の持続的な高発現によって p21 の発
現が上昇する仕組みを調べた。神経幹細胞に Hes1 の持続的な高発現を誘導したところ、
Extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (Erk1/2)のリン酸化が上昇した。また、Hes1 の
持続的な高発現を誘導した神経幹細胞に、Mitogen-activated protein kinase kinase (MEK)阻
害剤を加えたところ、p21 の発現は低下し、また Hes1 の持続的な高発現に抑制された細胞
増殖が改善された。そこで Erk1/2 の制御因子の発現変化を調べたところ、Erk1/2 の脱リン
酸化酵素である Dual-specificity phosphatases 7 (Dusp7)の発現が Hes1 の持続的な高発現
によって抑制されることが分かった。そこで Hes1 の持続的な高発現に加えて、Dusp7 の持
続的な高発現を誘導したところ、Erk1/2 のリン酸化と p21 の発現が抑制され、抑制された
細胞増殖も改善された。以上の結果より Hes1 の持続的な高発現は Dusp7 の発現を抑制す
ることによって Erk1/2 のリン酸化を促進し、その結果 p21 の発現を促進することが示唆さ
れた。本研究によって、Hes1 は発現動態に応じて直接、もしくは Dusp7-Erk1/2 を介して
間接的に p21 の発現を制御し、神経幹細胞の増殖を制御していることが示された。
4

略語表

AP1: Activation protein transcription factor 1
Ascl1: Achaete-scute homolog 1
bFGF: basic fibroblast growth factor
bHLH: basic helix-loop-helix
BMP4: Bone morphogenetic protein 4
BrdU: Bromodeoxyuridine
BSD: Blasticidin S deaminase
CAG: CMV enhancer fused to the chicken beta-actin promoter
CaMK2δ: Calcium/calmodulin-dependent protein kinase II, delta
CBh: Chicken β-actin (CBA) hybrid intron
CDK4: Cyclin-dependent kinase 4
cDNA: complementary DNA
ChIP: Chromatin immunoprecipitation
CHX: Cycloheximide
CKI: Cyclin-dependent kinase inhibitor
Dll1: Delta-like 1
DMEM: Dulbecco's modified eagle medium
Dox: Doxycycline
DRA: DDBJ sequence read archive
Dusp7: Dual-specificity phosphatases 7
E: Embryonic day
EGF: Epidermal growth factor
Erk: Extracellular signal-regulated kinase
ES: Embryonic stem
Fgf: Fibroblast growth factor
FPKM: Fragments per kilobase of exon per million mapped reads
FSH: Follicle-stimulating hormone
Fucci: Fluorescent ubiqutination-based cell cycle indicator
GO: Gene ontology
hCdt1: humanized Cdc10 dependent transcript 1
Hes: Hairy enhancer of split
Id4: Inhibitor of DNA binding 4
Jag1: Jagged1
KO: Knockout
5

LHRH: Luteinizing hormone-releasing hormone
Maml: Mastermind-like
MEK: Mitogen-activated protein kinase kinase
MOI: Multiplicity of infection
Neurog2: Neurogenin 2
NICD: Notch intracellular domain
NLS: Nuclear localization signal
NSC: neural stem cell
OE: Overexpression
PBS: Phosphate-buffered saline
PBST: PBS/0.1 % tween 20
PCNA: Proliferating cell nuclear antigen
PEI: Polyethylenimine
PFA: Paraformaldehyde
PI: Propidium iodide
PVDF: Poly vinylidene difluoride
p53: transformation related protein 53
qPCR: Quantitative polymerase chain reaction
Rbpj: Recombination signal binding protein for immunoglobulin kappa J region
RNA-seq: RNA sequencing
SDS: Sodium dodecyl sulfate
s.e.m.: standard error of the mean
Shh: Sonic hedgehog
Smad2/3: SMAD family member 2/3
Sp1/3: Trans-acting transcription factor 1/3
Stat3: Signal transducer and activator of transcription 3
TBST: Tris-buffered saline/0.1 % tween 20
TEF1: Transcription enhancer factor 1
UAS: upstream activation sequence
UTR: untranslated region
Wnt: Wingless-related integration site
WT: Wild-type
ZLI: Zona limitans intrathalamica

6

第一章 序論

1.1 胎仔及び成体の脳における神経幹細胞の役割
神経幹細胞は自己複製能を持ち、神経細胞とグリア細胞に分化できる幹細胞である。哺乳
類の神経発生の初期において、神経幹細胞である神経上皮細胞は活発に対称分裂を行うこ
とで、自己複製しその数を増やす(Alvarez-Buylla et al., 2001; Fishell and Kriegstein 2003;
Fujita 2003; Götz and Huttner 2005; Miller and Gauthier 2007) (図 1A)。神経上皮細胞が増
え、神経管の厚みが増すにつれて、徐々に神経上皮細胞は突起を基底膜側に伸ばし、放射状
グリア細胞に変化していく。放射状グリア細胞は非対称分裂によって、放射状グリア細胞自
身と、幼若な神経細胞または神経前駆細胞に分裂する(Malatesta et al., 2000; Miyata et al.,
2001; Noctor et al., 2001)。神経前駆細胞は数回、対称分裂を行うことで数を増やし、最終
的に神経細胞に分化する。産生された幼若な神経細胞は、放射状グリア細胞の突起に沿って、
既に産生された神経細胞を乗り越えて、基底膜側に移動する。そのため、脳室側から基底膜
側に向けて、順番に層構造を形成する。発生後期においては、放射状グリア細胞はオリゴデ
ンドロサイトやアストロサイトのようなグリア細胞に分化する。このように神経幹細胞は
対称分裂と非対称分裂を適切に行うことで、幹細胞を維持しつつ、発生時期や層構造に合わ
せた多様な神経細胞やグリア細胞を産生する。一方で、一部の神経幹細胞は増殖と分化を行
わなくなる。例えば、視床内境界域(Zona limitans intrathalamica, ZLI)、中脳後脳境界部(峡
部)、蓋板、底板のような境界領域の細胞である(図 1B,C)。これらの細胞は神経管の領域を
区分けするだけでなく、Fibroblast growth factor (Fgf), Sonic hedgehog (Shh), Winglessrelated integration site (Wnt)等のシグナル分子を発現するオーガナイザーとしても機能する
(Kiecker and Lumsden 2005)。また、他にも大脳において一部の神経幹細胞はゆっくりと分
裂しており、最終的に成体脳の側脳室の脳室下帯や、海馬の歯状回等において休眠状態の神
経幹細胞として残る(Furutachi et al., 2015; Harada et al., 2021)。成体脳における神経幹細
胞のほとんどは休眠状態であるが、まれに活性化して、一定数の神経細胞を産生する。産生
された神経細胞が神経回路に組み込まれることで、学習・記憶機能に貢献する(Zhao et al.,
2008; Urbán et al., 2019)。このような神経幹細胞の増殖と休眠を制御する仕組みにはいま
だ不明な点が多く残されている。

7

図 1：神経発生における神経幹細胞の増殖と分化
(A) 神経発生の初期において、神経幹細胞である神経上皮細胞は対称分裂を行うことで、自
己複製しその数を増やす。発生が進むにつれて、神経上皮細胞は突起を基底膜側に伸ばし、
放射状グリア細胞に変化していく。放射状グリア細胞は非対称分裂によって幼若な神経細
胞または神経前駆細胞を産生する。発生後期においては、放射状グリア細胞はオリゴデンド
ロサイトやアストロサイトのようなグリア細胞に分化する。
(B) 胎仔期の神経管の矢状面の模式図。境界領域の細胞(ZLI、峡部、蓋板、底板)の位置を示
す。
(C) 境界領域における細胞増殖。
Bromodeoxyuridine (BrdU)(緑色)と Propidium iodide (PI)(赤
色)によって、Embryonic day (E) 10.5 マウス胚の ZLI (アスタリスク)、峡部(矢印)、E11.5 マ
ウス胚の蓋板、底板などの境界領域の細胞において細胞増殖が抑制されていることが示さ
れている。
(Baek et al., 2006 より図を引用した。)

8

1.2 成体神経幹細胞の活性状態と休眠状態の制御における Notch シグナルの役割
Notch シグナルは、細胞間の情報を伝達する経路の 1 つである。隣接細胞の Delta-like 1
(Dll1), Jagged1 (Jag1)等のリガンドから受容体である Notch タンパク質にシグナルが伝達
されることでエフェクターである転写抑制因子 Hairy enhancer of split (Hes) 1 や Hes5 等
の発現が誘導される(図 2)。リガンドが結合すると、Notch タンパク質はγセクレターゼに
よって切断され、Notch intracellular domain (NICD)が放出され、核内に移行する。核内に移
行 し た NICD は DNA 結 合 タ ン パ ク 質 Recombination signal binding protein for
immunoglobulin kappa J region (Rbpj)と転写共役因子 Mastermind-like (Maml)と複合体を形
成して、標的遺伝子である Hes1 や Hes5 の発現を誘導する。

図 2：Notch シグナルの伝達経路
隣接した細胞の Dll1 等のリガンドが Notch 受容体と結合することによってエフェクター
である Hes1 や Hes5 の発現が誘導される。
(Shimojo et al., 2013 より図を改変した。)

9

Notch シグナルは成体神経幹細胞の維持において重要である(Imayoshi et al., 2010)。成体
脳において、Notch1 は増殖する神経幹細胞を維持するのに必要な一方で、Notch2、Notch3
は休眠状態の神経幹細胞を維持するのに必要である(Ables et al., 2010; Basak et al., 2012;
Engler et al., 2018; Kawai et al., 2017)。また、受容体だけでなく、リガンドである Dll1 や
Jag1、 Notch シグナルのエフェクターである Hes1 も神経幹細胞の活性状態と休眠状態の
制御に必要である(Kawaguchi et al., 2013; Nyfeler et al., 2005; Sueda et al., 2019)。興味深
いことに、活性状態と休眠状態の神経幹細胞において Hes1 の発現動態が異なることが報告
されている。

1.3 Hes1 の振動発現の仕組み
Hes1 は basic helix-loop-helix (bHLH)型転写抑制因子であり、神経幹細胞においては、プ
ロニューラル因子 Achaete-scute homolog 1 (Ascl1)や Neurogenin 2 (Neurog2)の発現を抑
制することで、神経分化を抑制し、神経幹細胞を維持する(Ohtsuka T., 1999; Hatakeyama et
al., 2004)。増殖している神経幹細胞において、Hes1 の発現は 2、3 時間周期で振動する
(Shimojo et al., 2008; Imayoshi et al., 2013; Sueda et al., 2019)(図 3、図 4A)。NICD によっ
て Hes1 の転写が活性化されると、Hes1 タンパク質は自身のプロモーターに結合し、Hes1
自身の発現を抑制する。すると Hes1 の mRNA とタンパク質は半減期が短いために、速や
かに分解される。その結果 Hes1 タンパク質が少なくなり、Hes1 の発現が再開する。この
ように Hes1 の発現が上昇と低下を繰り返すことで、Hes1 の発現が振動する(Hirata et al.,
2002)。

10

図 3：Hes1 の振動発現の仕組み
Notch シグナルなどによって Hes1 の転写が活性化されると、Hes1 タンパク質は自身の
プロモーターに結合し、Hes1 自身の発現を抑制する。すると Hes1 の mRNA は半減期が短
いために、速やかに分解される。また、Hes1 のタンパク質もユビキチン化されてユビキチ
ン・プロテアソーム系によって速やかに分解される。その結果 Hes1 タンパク質が少なくな
り、再度 Hes1 の発現が再開される。このように Hes1 の発現が上昇と低下を繰り返すこと
で、Hes1 の発現が振動する。

11

1.4 神経幹細胞における Hes1 による細胞増殖制御機構
活発に増殖する神経幹細胞において、Hes1 の振動発現は Neurog2 と Dll1 の発現を抑制
することによって、神経幹細胞を維持する(Shimojo et al., 2008)。また、遺伝子改変によっ
て Hes1 の振動発現が減衰すると、神経幹細胞の増殖が抑制され、小頭症が引き起こされる
(Shimojo et al., 2016; Ochi et al., 2020)。
峡部のような境界領域において神経幹細胞の増殖が抑制されており、Hes1 が高レベルで
発現している(図 4B)。Hes1、Hes3、Hes5 を欠損させると、これらの神経幹細胞は神経細
胞に分化する(Hirata et al., 2001; Baek et al., 2006)。また、成体脳における神経幹細胞も多
くは休眠状態であり、Hes1 の発現は高レベルで振動する一方で、まれに神経幹細胞が活性
化されると、Hes1 の発現は低レベルで振動する(図 4C)。Hes1 と Hes 関連遺伝子群(Hes3、
Hes5、Hey1)を欠損させると、成体脳における神経幹細胞は休眠状態を維持できず、神経細
胞に分化する(Sueda et al., 2019)。休眠状態の神経幹細胞において Hes1 が高レベルで発現
する仕組みはまだ明らかになっていないが、転写調節因子である Inhibitor of DNA binding 4
(Id4)の関与を示唆する研究がある(Zhang et al., 2019)。成体脳の海馬における休眠状態の神
経幹細胞では、Notch2 受容体が活性化されることによって、Hes1 だけでなく、Id4 の発現
も上昇し、神経幹細胞の休眠状態が維持される。Id タンパク質は DNA への結合能を失った
bHLH 因子であり、Hes1 と結合して、二量体をつくることによって、Hes1 の DNA への結
合を抑制する(Bai et al., 2007)。そのため、Hes1 と Id4 のヘテロ二量体は Hes1 自身のプロ
モーターに結合することができず、結果 Hes1 が高レベルで発現すると考えられる。 ...

論文の公開元へ

この論文で使われている画像

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Abbas, T., and Dutta, A. (2009). p21 in cancer: intricate networks and multiple

activities. Nat Rev Cancer 9, 400-414. 10.1038/nrc2657.

Ables, J.L., Decarolis, N.A., Johnson, M.A., Rivera, P.D., Gao, Z., Cooper,

D.C., Radtke, F., Hsieh, J., and Eisch, A.J. (2010). Notch1 is required for

maintenance of the reservoir of adult hippocampal stem cells. J Neurosci 30,

10484-10492. 10.1523/JNEUROSCI.4721-09.2010.

Alvarez-Buylla, A., García-Verdugo, J.M., and Tramontin, A.D. (2001). A

unified hypothesis on the lineage of neural stem cells. Nat Rev Neurosci 2, 287293. 10.1038/35067582.

Aoki, K., Kumagai, Y., Sakurai, A., Komatsu, N., Fujita, Y., Shionyu, C., and

Matsuda, M. (2013). Stochastic ERK activation induced by noise and cell-to-cell

propagation regulates cell density-dependent proliferation. Mol Cell 52, 529540. 10.1016/j.molcel.2013.09.015.

Baek, J.H., Hatakeyama, J., Sakamoto, S., Ohtsuka, T., and Kageyama, R.

(2006). Persistent and high levels of Hes1 expression regulate boundary

formation in the developing central nervous system. Development 133, 24672476. 10.1242/dev.02403.

Bai, G., Sheng, N., Xie, Z., Bian, W., Yokota, Y., Benezra, R., Kageyama, R.,

Guillemot, F., and Jing, N. (2007). Id sustains Hes1 expression to inhibit

precocious neurogenesis by releasing negative autoregulation of Hes1. Dev Cell

13, 283-297. 10.1016/j.devcel.2007.05.014.

Basak, O., Giachino, C., Fiorini, E., Macdonald, H.R., and Taylor, V. (2012).

Neurogenic subventricular zone stem/progenitor cells are Notch1-dependent in

their active but not quiescent state. J Neurosci 32, 5654-5666.

10.1523/JNEUROSCI.0455-12.2012.

Belchetz, P.E., Plant, T.M., Nakai, Y., Keogh, E.J., and Knobil, E. (1978).

Hypophysial responses to continuous and intermittent delivery of hypopthalamic

gonadotropin-releasing hormone. Science 202, 631-633.

10.1126/science.100883.

Castella, P., Sawai, S., Nakao, K., Wagner, J.A., and Caudy, M. (2000). HES-1

repression of differentiation and proliferation in PC12 cells: role for the helix 3helix 4 domain in transcription repression. Mol Cell Biol 20, 6170-6183.

10.1128/MCB.20.16.6170-6183.2000.

Castro, D.S., Martynoga, B., Parras, C., Ramesh, V., Pacary, E., Johnston, C.,

62

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Drechsel, D., Lebel-Potter, M., Garcia, L.G., Hunt, C., et al. (2011). A novel

function of the proneural factor Ascl1 in progenitor proliferation identified by

genome-wide characterization of its targets. Genes Dev 25, 930-945.

10.1101/gad.627811.

Cheng, M., Olivier, P., Diehl, J.A., Fero, M., Roussel, M.F., Roberts, J.M., and

Sherr, C.J. (1999). The p21(Cip1) and p27(Kip1) CDK 'inhibitors' are essential

activators of cyclin D-dependent kinases in murine fibroblasts. EMBO J 18,

1571-1583. 10.1093/emboj/18.6.1571.

Concordet, J.P., and Haeussler, M. (2018). CRISPOR: intuitive guide selection

for CRISPR/Cas9 genome editing experiments and screens. Nucleic Acids Res

46, W242-W245. 10.1093/nar/gky354.

Engler, A., Rolando, C., Giachino, C., Saotome, I., Erni, A., Brien, C., Zhang,

R., Zimber-Strobl, U., Radtke, F., Artavanis-Tsakonas, S., et al. (2018). Notch2

Signaling Maintains NSC Quiescence in the Murine Ventricular-Subventricular

Zone. Cell Rep 22, 992-1002. 10.1016/j.celrep.2017.12.094.

Fellmann, C., Hoffmann, T., Sridhar, V., Hopfgartner, B., Muhar, M., Roth, M.,

Lai, D.Y., Barbosa, I.A., Kwon, J.S., Guan, Y., et al. (2013). An optimized

microRNA backbone for effective single-copy RNAi. Cell Rep 5, 1704-1713.

10.1016/j.celrep.2013.11.020.

Festuccia, N., Gonzalez, I., Owens, N., and Navarro, P. (2017). Mitotic

bookmarking in development and stem cells. Development 144, 3633-3645.

10.1242/dev.146522.

Fishell, G., and Kriegstein, A.R. (2003). Neurons from radial glia: the

consequences of asymmetric inheritance. Curr Opin Neurobiol 13, 34-41.

10.1016/s0959-4388(03)00013-8.

Fujita, S. (2003). The discovery of the matrix cell, the identification of the

multipotent neural stem cell and the development of the central nervous system.

Cell Struct Funct 28, 205-228. 10.1247/csf.28.205.

Furutachi, S., Miya, H., Watanabe, T., Kawai, H., Yamasaki, N., Harada, Y.,

Imayoshi, I., Nelson, M., Nakayama, K.I., Hirabayashi, Y., and Gotoh, Y.

(2015). Slowly dividing neural progenitors are an embryonic origin of adult

neural stem cells. Nat Neurosci 18, 657-665. 10.1038/nn.3989.

Götz, M., and Huttner, W.B. (2005). The cell biology of neurogenesis. Nat Rev

Mol Cell Biol 6, 777-788. 10.1038/nrm1739.

Hafner, A., Reyes, J., Stewart-Ornstein, J., Tsabar, M., Jambhekar, A., and

Lahav, G. (2020). Quantifying the Central Dogma in the p53 Pathway in Live

63

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

Single Cells. Cell Syst 10, 495-505.e494. 10.1016/j.cels.2020.05.001.

Harada, Y., Yamada, M., Imayoshi, I., Kageyama, R., Suzuki, Y., Kuniya, T.,

Furutachi, S., Kawaguchi, D., and Gotoh, Y. (2021). Cell cycle arrest determines

adult neural stem cell ontogeny by an embryonic Notch-nonoscillatory Hey1

module. Nat Commun 12, 6562. 10.1038/s41467-021-26605-0.

Hartman, J., Müller, P., Foster, J.S., Wimalasena, J., Gustafsson, J.A., and

Ström, A. (2004). HES-1 inhibits 17beta-estradiol and heregulin-beta1-mediated

upregulation of E2F-1. Oncogene 23, 8826-8833. 10.1038/sj.onc.1208139.

Hatakeyama, J., Bessho, Y., Katoh, K., Ookawara, S., Fujioka, M., Guillemot,

F., and Kageyama, R. (2004). Hes genes regulate size, shape and histogenesis of

the nervous system by control of the timing of neural stem cell differentiation.

Development 131, 5539-5550. 10.1242/dev.01436.

Hirata, H., Tomita, K., Bessho, Y., and Kageyama, R. (2001). Hes1 and Hes3

regulate maintenance of the isthmic organizer and development of the

mid/hindbrain. EMBO J 20, 4454-4466. 10.1093/emboj/20.16.4454.

Hirata, H., Yoshiura, S., Ohtsuka, T., Bessho, Y., Harada, T., Yoshikawa, K.,

and Kageyama, R. (2002). Oscillatory expression of the bHLH factor Hes1

regulated by a negative feedback loop. Science 298, 840-843.

10.1126/science.1074560.

Hsu, C.H., Altschuler, S.J., and Wu, L.F. (2019). Patterns of Early p21

Dynamics Determine Proliferation-Senescence Cell Fate after Chemotherapy.

Cell 178, 361-373.e312. 10.1016/j.cell.2019.05.041.

Imayoshi, I., Isomura, A., Harima, Y., Kawaguchi, K., Kori, H., Miyachi, H.,

Fujiwara, T., Ishidate, F., and Kageyama, R. (2013). Oscillatory control of

factors determining multipotency and fate in mouse neural progenitors. Science

342, 1203-1208. 10.1126/science.1242366.

Imayoshi, I., Sakamoto, M., Yamaguchi, M., Mori, K., and Kageyama, R.

(2010). Essential roles of Notch signaling in maintenance of neural stem cells in

developing and adult brains. J Neurosci 30, 3489-3498.

10.1523/JNEUROSCI.4987-09.2010.

Isomura, A., and Kageyama, R. (2014). Ultradian oscillations and pulses:

coordinating cellular responses and cell fate decisions. Development 141, 36273636. 10.1242/dev.104497.

Isomura, A., Ogushi, F., Kori, H., and Kageyama, R. (2017). Optogenetic

perturbation and bioluminescence imaging to analyze cell-to-cell transfer of

oscillatory information. Genes Dev 31, 524-535. 10.1101/gad.294546.116.

64

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

Ju, B.G., Solum, D., Song, E.J., Lee, K.J., Rose, D.W., Glass, C.K., and

Rosenfeld, M.G. (2004). Activating the PARP-1 sensor component of the

groucho/ TLE1 corepressor complex mediates a CaMKinase IIdelta-dependent

neurogenic gene activation pathway. Cell 119, 815-829.

10.1016/j.cell.2004.11.017.

Kabos, P., Kabosova, A., and Neuman, T. (2002). Blocking HES1 expression

initiates GABAergic differentiation and induces the expression of

p21(CIP1/WAF1) in human neural stem cells. J Biol Chem 277, 8763-8766.

10.1074/jbc.C100758200.

Karkhanis, M., and Park, J.I. (2015). Sp1 regulates Raf/MEK/ERK-induced

p21(CIP1) transcription in TP53-mutated cancer cells. Cell Signal 27, 479-486.

10.1016/j.cellsig.2015.01.005.

Kawaguchi, D., Furutachi, S., Kawai, H., Hozumi, K., and Gotoh, Y. (2013).

Dll1 maintains quiescence of adult neural stem cells and segregates

asymmetrically during mitosis. Nat Commun 4, 1880. 10.1038/ncomms2895.

Kawai, H., Kawaguchi, D., Kuebrich, B.D., Kitamoto, T., Yamaguchi, M.,

Gotoh, Y., and Furutachi, S. (2017). Area-Specific Regulation of Quiescent

Neural Stem Cells by Notch3 in the Adult Mouse Subependymal Zone. J

Neurosci 37, 11867-11880. 10.1523/JNEUROSCI.0001-17.2017.

Kawakami, K. (2007). Tol2: a versatile gene transfer vector in vertebrates.

Genome Biol 8 Suppl 1, S7. 10.1186/gb-2007-8-s1-s7.

Kiecker, C., and Lumsden, A. (2005). Compartments and their boundaries in

vertebrate brain development. Nat Rev Neurosci 6, 553-564. 10.1038/nrn1702.

Kobayashi, T., Piao, W., Takamura, T., Kori, H., Miyachi, H., Kitano, S.,

Iwamoto, Y., Yamada, M., Imayoshi, I., Shioda, S., et al. (2019). Enhanced

lysosomal degradation maintains the quiescent state of neural stem cells. Nat

Commun 10, 5446. 10.1038/s41467-019-13203-4.

LaBaer, J., Garrett, M.D., Stevenson, L.F., Slingerland, J.M., Sandhu, C., Chou,

H.S., Fattaey, A., and Harlow, E. (1997). New functional activities for the p21

family of CDK inhibitors. Genes Dev 11, 847-862. 10.1101/gad.11.7.847.

Lahmann, I., Bröhl, D., Zyrianova, T., Isomura, A., Czajkowski, M.T., Kapoor,

V., Griger, J., Ruffault, P.L., Mademtzoglou, D., Zammit, P.S., et al. (2019).

Oscillations of MyoD and Hes1 proteins regulate the maintenance of activated

muscle stem cells. Genes Dev 33, 524-535. 10.1101/gad.322818.118.

Levine, J.H., Lin, Y., and Elowitz, M.B. (2013). Functional roles of pulsing in

genetic circuits. Science 342, 1193-1200. 10.1126/science.1239999.

65

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

Malatesta, P., Hartfuss, E., and Götz, M. (2000). Isolation of radial glial cells by

fluorescent-activated cell sorting reveals a neuronal lineage. Development 127,

5253-5263. 10.1242/dev.127.24.5253.

Marinopoulou, E., Biga, V., Sabherwal, N., Miller, A., Desai, J., Adamson,

A.D., and Papalopulu, N. (2021). HES1 protein oscillations are necessary for

neural stem cells to exit from quiescence. iScience 24, 103198.

10.1016/j.isci.2021.103198.

Marqués-Torrejón, M., Porlan, E., Banito, A., Gómez-Ibarlucea, E., LopezContreras, A.J., Fernández-Capetillo, O., Vidal, A., Gil, J., Torres, J., and

Fariñas, I. (2013). Cyclin-dependent kinase inhibitor p21 controls adult neural

stem cell expansion by regulating Sox2 gene expression. Cell Stem Cell 12, 88100. 10.1016/j.stem.2012.12.001.

Mefferd, A.L., Kornepati, A.V., Bogerd, H.P., Kennedy, E.M., and Cullen, B.R.

(2015). Expression of CRISPR/Cas single guide RNAs using small tRNA

promoters. RNA 21, 1683-1689. 10.1261/rna.051631.115.

Miller, F.D., and Gauthier, A.S. (2007). Timing is everything: making neurons

versus glia in the developing cortex. Neuron 54, 357-369.

10.1016/j.neuron.2007.04.019.

Miyata, T., Kawaguchi, A., Okano, H., and Ogawa, M. (2001). Asymmetric

inheritance of radial glial fibers by cortical neurons. Neuron 31, 727-741.

10.1016/s0896-6273(01)00420-2.

Miyoshi, H. (2004). Gene delivery to hematopoietic stem cells using lentiviral

vectors. Methods Mol Biol 246, 429-438. 10.1385/1-59259-650-9:429.

Mourikis, P., Sambasivan, R., Castel, D., Rocheteau, P., Bizzarro, V., and

Tajbakhsh, S. (2012). A critical requirement for notch signaling in maintenance

of the quiescent skeletal muscle stem cell state. Stem Cells 30, 243-252.

10.1002/stem.775.

Murata, K., Hattori, M., Hirai, N., Shinozuka, Y., Hirata, H., Kageyama, R.,

Sakai, T., and Minato, N. (2005). Hes1 directly controls cell proliferation

through the transcriptional repression of p27Kip1. Mol Cell Biol 25, 4262-4271.

10.1128/MCB.25.10.4262-4271.2005.

Nishitani, H., Shiomi, Y., Iida, H., Michishita, M., Takami, T., and Tsurimoto,

T. (2008). CDK inhibitor p21 is degraded by a proliferating cell nuclear antigencoupled Cul4-DDB1Cdt2 pathway during S phase and after UV irradiation. J

Biol Chem 283, 29045-29052. 10.1074/jbc.M806045200.

Noctor, S.C., Flint, A.C., Weissman, T.A., Dammerman, R.S., and Kriegstein,

66

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

A.R. (2001). Neurons derived from radial glial cells establish radial units in

neocortex. Nature 409, 714-720. 10.1038/35055553.

Noda, N., Honma, S., and Ohmiya, Y. (2011). Hes1 is required for contact

inhibition of cell proliferation in 3T3-L1 preadipocytes. Genes Cells 16, 704713. 10.1111/j.1365-2443.2011.01518.x.

Nyfeler, Y., Kirch, R.D., Mantei, N., Leone, D.P., Radtke, F., Suter, U., and

Taylor, V. (2005). Jagged1 signals in the postnatal subventricular zone are

required for neural stem cell self-renewal. EMBO J 24, 3504-3515.

10.1038/sj.emboj.7600816.

Ochi, S., Imaizumi, Y., Shimojo, H., Miyachi, H., and Kageyama, R. (2020).

Oscillatory expression of Hes1 regulates cell proliferation and neuronal

differentiation in the embryonic brain. Development 147. 10.1242/dev.182204.

Ohtsuka, T., Ishibashi, M., Gradwohl, G., Nakanishi, S., Guillemot, F., and

Kageyama, R. (1999). Hes1 and Hes5 as notch effectors in mammalian neuronal

differentiation. EMBO J 18, 2196-2207. 10.1093/emboj/18.8.2196.

Palozola, K.C., Lerner, J., and Zaret, K.S. (2019). A changing paradigm of

transcriptional memory propagation through mitosis. Nat Rev Mol Cell Biol 20,

55-64. 10.1038/s41580-018-0077-z.

Peng, W.X., Huang, J.G., Yang, L., Gong, A.H., and Mo, Y.Y. (2017). LincRoR promotes MAPK/ERK signaling and confers estrogen-independent growth

of breast cancer. Mol Cancer 16, 161. 10.1186/s12943-017-0727-3.

Pollard, S.M., Conti, L., Sun, Y., Goffredo, D., and Smith, A. (2006). Adherent

neural stem (NS) cells from fetal and adult forebrain. Cereb Cortex 16 Suppl 1,

i112-120. 10.1093/cercor/bhj167.

Purvis, J.E., and Lahav, G. (2013). Encoding and decoding cellular information

through signaling dynamics. Cell 152, 945-956. 10.1016/j.cell.2013.02.005.

Sabherwal, N., Rowntree, A., Marinopoulou, E., Pettini, T., Hourihane, S.,

Thomas, R., Soto, X., Kursawe, J., and Papalopulu, N. (2021). Differential phase

register of Hes1 oscillations with mitoses underlies cell-cycle heterogeneity in

ER. Proc Natl Acad Sci U S A 118. 10.1073/pnas.2113527118.

Sakaue-Sawano, A., Yo, M., Komatsu, N., Hiratsuka, T., Kogure, T., Hoshida,

T., Goshima, N., Matsuda, M., Miyoshi, H., and Miyawaki, A. (2017).

Genetically Encoded Tools for Optical Dissection of the Mammalian Cell Cycle.

Mol Cell 68, 626-640.e625. 10.1016/j.molcel.2017.10.001.

Sang, L., Coller, H.A., and Roberts, J.M. (2008). Control of the reversibility of

cellular quiescence by the transcriptional repressor HES1. Science 321, 109567

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

1100. 10.1126/science.1155998.

Shen, M.W., Arbab, M., Hsu, J.Y., Worstell, D., Culbertson, S.J., Krabbe, O.,

Cassa, C.A., Liu, D.R., Gifford, D.K., and Sherwood, R.I. (2018). Predictable

and precise template-free CRISPR editing of pathogenic variants. Nature 563,

646-651. 10.1038/s41586-018-0686-x.

Shimojo, H., Isomura, A., Ohtsuka, T., Kori, H., Miyachi, H., and Kageyama, R.

(2016). Oscillatory control of Delta-like1 in cell interactions regulates dynamic

gene expression and tissue morphogenesis. Genes Dev 30, 102-116.

10.1101/gad.270785.115.

Shimojo, H., Ohtsuka, T., and Kageyama, R. (2008). Oscillations in notch

signaling regulate maintenance of neural progenitors. Neuron 58, 52-64.

10.1016/j.neuron.2008.02.014.

Storer, M., Mas, A., Robert-Moreno, A., Pecoraro, M., Ortells, M.C., Di

Giacomo, V., Yosef, R., Pilpel, N., Krizhanovsky, V., Sharpe, J., and Keyes,

W.M. (2013). Senescence is a developmental mechanism that contributes to

embryonic growth and patterning. Cell 155, 1119-1130.

10.1016/j.cell.2013.10.041.

Ström, A., Arai, N., Leers, J., and Gustafsson, J.A. (2000). The Hairy and

Enhancer of Split homologue-1 (HES-1) mediates the proliferative effect of

17beta-estradiol on breast cancer cell lines. Oncogene 19, 5951-5953.

10.1038/sj.onc.1203990.

Sueda, R., Imayoshi, I., Harima, Y., and Kageyama, R. (2019). High Hes1

expression and resultant Ascl1 suppression regulate quiescent vs. active neural

stem cells in the adult mouse brain. Genes Dev 33, 511-523.

10.1101/gad.323196.118.

Sugita, S., Hosaka, Y., Okada, K., Mori, D., Yano, F., Kobayashi, H., Taniguchi,

Y., Mori, Y., Okuma, T., Chang, S.H., et al. (2015). Transcription factor Hes1

modulates osteoarthritis development in cooperation with calcium/calmodulindependent protein kinase 2. Proc Natl Acad Sci U S A 112, 3080-3085.

10.1073/pnas.1419699112.

Trokovic, R., Jukkola, T., Saarimäki, J., Peltopuro, P., Naserke, T., Weisenhorn,

D.M., Trokovic, N., Wurst, W., and Partanen, J. (2005). Fgfr1-dependent

boundary cells between developing mid- and hindbrain. Dev Biol 278, 428-439.

10.1016/j.ydbio.2004.11.024.

Urbán, N., Blomfield, I.M., and Guillemot, F. (2019). Quiescence of Adult

Mammalian Neural Stem Cells: A Highly Regulated Rest. Neuron 104, 834-848.

68

73.

74.

75.

76.

77.

78.

79.

80.

10.1016/j.neuron.2019.09.026.

Wang, X., Chen, X., and Yang, Y. (2012). Spatiotemporal control of gene

expression by a light-switchable transgene system. Nat Methods 9, 266-269.

10.1038/nmeth.1892.

Wildt, L., Häusler, A., Marshall, G., Hutchison, J.S., Plant, T.M., Belchetz, P.E.,

and Knobil, E. (1981). Frequency and amplitude of gonadotropin-releasing

hormone stimulation and gonadotropin secretion in the rhesus monkey.

Endocrinology 109, 376-385. 10.1210/endo-109-2-376.

Yagita, K., Yamanaka, I., Emoto, N., Kawakami, K., and Shimada, S. (2010).

Real-time monitoring of circadian clock oscillations in primary cultures of

mammalian cells using Tol2 transposon-mediated gene transfer strategy. BMC

Biotechnol 10, 3. 10.1186/1472-6750-10-3.

Yoshioka-Kobayashi, K., Matsumiya, M., Niino, Y., Isomura, A., Kori, H.,

Miyawaki, A., and Kageyama, R. (2020). Coupling delay controls synchronized

oscillation in the segmentation clock. Nature 580, 119-123. 10.1038/s41586019-1882-z.

Yoshiura, S., Ohtsuka, T., Takenaka, Y., Nagahara, H., Yoshikawa, K., and

Kageyama, R. (2007). Ultradian oscillations of Stat, Smad, and Hes1 expression

in response to serum. Proc Natl Acad Sci U S A 104, 11292-11297.

10.1073/pnas.0701837104.

Yu, X., Alder, J.K., Chun, J.H., Friedman, A.D., Heimfeld, S., Cheng, L., and

Civin, C.I. (2006). HES1 inhibits cycling of hematopoietic progenitor cells via

DNA binding. Stem Cells 24, 876-888. 10.1634/stemcells.2005-0598.

Zhang, R., Boareto, M., Engler, A., Louvi, A., Giachino, C., Iber, D., and

Taylor, V. (2019). Id4 Downstream of Notch2 Maintains Neural Stem Cell

Quiescence in the Adult Hippocampus. Cell Rep 28, 1485-1498.e1486.

10.1016/j.celrep.2019.07.014.

Zhao, C., Deng, W., and Gage, F.H. (2008). Mechanisms and functional

implications of adult neurogenesis. Cell 132, 645-660.

10.1016/j.cell.2008.01.033.

69

謝辞

本研究を行うにあたり、多くの方々にご指導・ご協力をいただきました。特に本研究は影

山龍一郎チームリーダー（理化学研究所、脳神経科学研究センター）と磯村彰宏特定准教授

（京都大学、医生物学研究所）の研究指導の下でしかなしえなかったものだと思います。大

変感謝しております。

また、今吉格教授（京都大学、生命科学研究科）は、今回の論文博士の審査の主査を引き

受けていただき、申請手続きから博士論文の作成まで大変お世話になりました。また、京都

大学ウイルス再生研究所影山研究室に在籍されていた頃には、樹立したマウスを分与して

いただいたり、研究内容について鋭い助言をいただいたり、様々な面で助けていただきまし

た。大変感謝しております。

影山研究室、今吉研究室の方々にも大変お世話になりました。大塚俊之先生、小林妙子准

教授（京都大学、生命科学研究科）には、様々な実験手法を教えていただき、また研究内容

について相談にのっていただき、大変お世話になりました。下條博美助教（大阪大学、生命

機能研究科）にはまだ研究のことをなにも知らない頃から実験方法や研究を進める上での

考え方など様々なことを教えていただきました。山田真弓特定准教授（京都大学、医生物学

研究所）には今回の学位論文の作成や普段の研究内容に関しても様々なご助言をいただき

ました。

最後に、長い間応援してくれた両親に深く感謝しております。

本学位論文は以下の論文に基づいて書かれたものである。

Maeda Y, Isomura A, Masaki T, Kageyama R. Differential cell-cycle control by oscillatory versus

sustained

Hes1

expression

via

p21.

Cell

Rep.

2023

May

10.1016/j.celrep.2023.112520. Epub 2023 May 17. PMID: 37200191.

70

30;42(5):112520.

doi:

...

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文
を
一発検索！

この論文の関連論文を見る