ソニックヘッジホッグシグナル伝達の役割と、ヒト胚性幹細胞におけるその成分の発現

ヒト胚性幹細胞（HESC）は、すべての細胞タイプの身体に自己再生および分化する能力によって特徴付けられ、再生医療にとって貴重なリソースになります。しかし、HESCが自己再生と分化の能力を維持する分子メカニズムは不明のままです。ヘッジホッグシグナル伝達経路は、発達中の器官形成と分化において極めて重要な役割を果たし、神経幹細胞および神経紋脈幹細胞の増殖および細胞癒合の仕様にも関与しています。HESCのSonic Hedgehog（SHH）シグナル伝達経路の詳細な研究はないため、この研究では、HESCの自己再生と分化中のSHHの発現と機能的役割を調べます。ここでは、HESCおよび分化した胚性体のSHHシグナル伝達経路の重要な成分の遺伝子とタンパク質の発現を示します。機能する経路成分の存在にもかかわらず、SHHは多能性を維持し、未分化HESCの増殖を調節する上で最小限の役割を果たします。しかし、レチノイン酸との分化中、Gli応答性ルシフェラーゼアッセイと標的遺伝子PTCH1およびGLI1発現は、SHHシグナル伝達経路が高度に活性化されていることを明らかにしています。さらに、胚性体としてHESCに分化する外因性SHHを添加すると、神経エクセクタル胚葉マーカーネスチン、SOX1、MAP2、MSI1、およびMSX1の発現が増加し、SHHシグナル伝達が神経エクセクタル系系統に向けてHESC分化中に重要であることを示唆しています。私たちの調査結果は、HESCにおけるSHHシグナル伝達と再生医療のHESC分化のさらなる発展を理解するための新しい洞察を提供します。

Human embryonic stem cells (hESC) are characterized by their ability to self-renew and differentiate into all cell types of the body, making them a valuable resource for regenerative medicine. Yet, the molecular mechanisms by which hESC retain their capacity for self-renewal and differentiation remain unclear. The Hedgehog signaling pathway plays a pivotal role in organogenesis and differentiation during development, and is also involved in the proliferation and cell-fate specification of neural stem cells and neural crest stem cells. As there has been no detailed study of the Sonic hedgehog (SHH) signaling pathway in hESC, this study examines the expression and functional role of SHH during hESC self-renewal and differentiation. Here, we show the gene and protein expression of key components of the SHH signaling pathway in hESC and differentiated embryoid bodies. Despite the presence of functioning pathway components, SHH plays a minimal role in maintaining pluripotency and regulating proliferation of undifferentiated hESC. However, during differentiation with retinoic acid, a GLI-responsive luciferase assay and target genes PTCH1 and GLI1 expression reveal that the SHH signaling pathway is highly activated. Besides, addition of exogenous SHH to hESC differentiated as embryoid bodies increases the expression of neuroectodermal markers Nestin, SOX1, MAP2, MSI1, and MSX1, suggesting that SHH signaling is important during hESC differentiation toward the neuroectodermal lineage. Our findings provide a new insight in understanding the SHH signaling in hESC and the further development of hESC differentiation for regenerative medicine.