「運命を決める、4つの特別な遺伝子」の正体…研究者が解説。「ごくふつうの体の細胞が、何にでもなれる細胞に変わる」まで

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マウスiPS細胞が発表されて20年。2012年の山中伸弥博士のノーベル生理学・医学賞受賞を経て、研究はついに再生医療製品の実用化へと大きく駒を進めています。

iPS細胞から作る、“ミニ臓器”であるオルガノイドや臓器チップの開発や研究を進める著者が、ここに至るまでのiPS細胞研究の歩みをわかりやすく解説し、21世紀の医療に革命を起こすであろう、再生医療や創薬の未来を紹介する書籍『iPS細胞と医療』（講談社・ブルーバックス）が、大きな注目を集めています。

そこで、ブルーバックス・ウェブサイトでは本記事シリーズで、早速この注目の書から興味深いトピックをご紹介していきます。今回は、iPS細胞の作り方と、その成功に導いた細胞を初期化する遺伝子「山中4因子」についてご説明します。

＊本記事は、『iPS細胞と医療　最新技術でどこまで臓器は治せるか』（ブルーバックス）を再構成・再編集したものです。

iPS細胞は、私たちの体にもある、ごく普通の細胞から作られる

先の記事でお話ししたように、これまで必要とされていた受精卵や未受精卵を使わずに、ES細胞のような働きをする細胞を作るという、山中伸弥博士の、これまでにない挑戦の結果として誕生したのが、iPS細胞です。

では、実際にiPS細胞はどのようにして作られたのでしょうか。

まず使われるのは、線維芽細胞と呼ばれる細胞です。線維芽細胞は皮膚などにある、ごく普通の体の細胞で、けがをしたときに傷を治す働きなどをしています。つまり、特別な細胞ではなく、私たちの身近にある細胞からiPS細胞は作られます。

細胞の運命を決める、4つの「特別な遺伝子」

ここで重要になるのが、DNAです。DNAは細胞の中に入っている設計図のようなもので、体の作りや働きに関するすべての情報が書き込まれています。そのDNAの中で、タンパク質を作ることができる部分を特に「遺伝子」と呼びます。タンパク質は、体を作ったり、細胞の働きをコントロールしたりする重要な物質です。

山中博士は、この遺伝子の中から、細胞の運命を大きく変えることのできる4つの特別な遺伝子を見つけ出しました。これが、いわゆる「山中4因子」です。山中因子の名前はそれぞれ、

Oct3/4（オクトスリーフォー）

Sox2（ソックスツー）

Kif4（ケーエルエフフォー）

c-Myc（シーミック）

です。

これらの遺伝子は、細胞の中で「どんな細胞になるか」という指令を出す司令塔のような役割をしています。山中4因子を普通の細胞に入れると、細胞はそれまでの役割を忘れ、受精卵に近い、何にでもなれる初期の状態へと戻っていきます。このように細胞を元の状態に戻す働きがあるため、山中4因子は「初期化因子」と呼ばれています。

「何にでもなれる細胞」を作る流れ

では、これらの遺伝子をどうやって細胞の中に届けるのでしょうか。そこで使われるのが、レトロウイルスベクターです。これは、ウイルスが本来持っている「遺伝子を細胞の中に運び込む能力」を利用した方法です。病気を起こす部分は取り除き、遺伝子を運ぶための道具として安全に使われます。

iPS細胞を作るときの流れをまとめると、

皮膚などから線維芽細胞を取り出す

レトロウイルスベクターを使って山中 因子を細胞に入れる

細胞が少しずつ初期の状態へと変化する

万能な性質を持つiPS細胞ができあがる

という手順になります。

このようにして、普通の体の細胞からiPS細胞を作り出すことを、「iPS細胞を樹立する」と言います。「樹立」とは、新しい細胞の性質を安定して保てる状態を作り出すという意味です。

この発見によって、私たちは人工的に「何にでもなれる細胞」を手に入れることができるようになりました。

山中4因子は、どうやって細胞の中に届けるのか

Oct3/4、Sox2、K2lf4、c-Myc遺伝子を使うためには、まずこれらの遺伝子を細胞の中に届ける必要があります。では、どうやって遺伝子を細胞に届けるのでしょうか。その方法として、「レトロウイルスベクター」が使われました。

細胞は非常に小さく、サイズはおよそ10〜20マイクロメートル（μm）ほどです。この大きさでは、肉眼では見ることができませんし、細いピンセットや注射針を使って遺伝子を細胞に届けるのはとても難しい作業です。

そこで、科学者たちは「ウイルス」をうまく利用する方法を考え出しました。ウイルスと聞くと、風邪などを思い浮かべるかもしれませんが、ウイルスが「うつりやすい」特性が、この方法のポイントです。

ウイルスは細胞の中に簡単に入ることができるため、この性質を利用して、遺伝子を細胞に送り込むことができるのです。ウイルスをまるで「運び屋」のように使うことで、Oct3/4、Sox2、K2lf4、c-Myc遺伝子を細胞に効率よく届けることが可能になったのです。

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続いては、じつは2種類あるiPS細胞についての解説をお届けします。

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