2026年 | プレスリリース・研究成果
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―
【本学研究者情報】
〇大学院医学系研究科 教授 田久保圭誉
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【発表のポイント】
- 加齢した個体の造血幹細胞（注1）では、最も未分化な幹細胞としての性質を保つ遺伝子プログラムと血小板系へ分化する準備状態を示す遺伝子プログラムが、同じ細胞内で同時に働いていることを明らかにしました。
- AI単一細胞遺伝子発現モデルGeneformer（注2）を、若齢・加齢造血幹細胞のデータで追加学習して、実験的な検証を組み合わせることで、加齢造血幹細胞の遺伝子制御ネットワーク（注3）の中心的な因子としてPbx1（注4）を同定しました。
- Pbx1が赤血球分化に必須のGata1（注5）の誘導を抑制することで、赤血球産生の低下と相対的な血小板産生へ偏らせる仕組みを明らかにしました。本研究成果は、加齢に伴う貧血、血栓傾向、造血器腫瘍（血液のがん）の理解を深め、新たな治療法の開発につながることが期待されます。
【概要】
造血幹細胞は、生涯にわたって赤血球、白血球、血小板などを産生する長寿命の細胞です。加齢するとその数は増加しますが、血液を再構築する能力は低下し、赤血球やリンパ球の産生が減少する一方、血小板や骨髄球系細胞を産生しやすくなりますが、その制御因子は明らかになっていませんでした。
東北大学大学院医学系研究科幹細胞医学分野と国立健康危機管理研究機構国立国際医療研究所造血システム研究部の研究グループは、若齢および加齢マウスの造血幹細胞について、単一細胞RNAシーケンス（注6）、AI解析、遺伝子発現・エピゲノム解析および移植実験を組み合わせて解析しました。その結果、加齢造血幹細胞は、未分化性質と、巨核球（注7）・血小板系への分化しやすさを同時に備えていることがわかりました。さらに、Geneformerを若齢・加齢造血細胞で追加学習し、AI解析と転写制御因子のスクリーニングを組み合わせることで、Pbx1を加齢造血幹細胞のネットワークの中心因子として同定しました。Pbx1は赤血球分化に必要なGata1の誘導を抑制することで赤血球産生を低下させ、相対的に血小板産生への偏りを引き起こすことが示されました。
本成果は、2026年8月22日に学術誌「Science Advances」に掲載されました。
図1. 若齢造血幹細胞と加齢造血幹細胞 若齢造血幹細胞は自分自身の複製と成熟した血液細胞を生み出すバランスがとれているが、加齢造血幹細胞は成熟した血液細胞（赤血球やリンパ球）を生み出す能力が低下する一方、幹細胞の数は増加する。
【用語解説】
注1. 造血幹細胞：哺乳類の成体では主に骨髄に存在する希少な細胞です。自らと同じ細胞を作る自己複製能と、赤血球、白血球、血小板など全ての血液細胞へ分化する能力を持ち、生涯にわたる血液産生を支えます。
注2. Geneformer：単一細胞RNAシーケンスデータを学習するTransformer型のAI基盤モデルです。各細胞で発現する遺伝子を文章中の単語のように扱い、細胞状態に応じた遺伝子同士の関係を学習します。本研究で用いたモデルは、約3,000万細胞のデータで事前学習されています。
注3. 遺伝子制御ネットワーク：転写因子などの制御因子と、それらの影響を受ける遺伝子との関係をネットワークとして表したものです。多数の遺伝子や機能群をつなぐ中心的な因子を「ハブ」と呼びます。
注4. Pbx1：DNAに結合して遺伝子発現を調節する転写因子の一つです。HOXやMEISと呼ばれるタンパク質と協調し、発生、細胞分化、造血幹細胞の静止状態や自己複製などを制御します。
注5. Gata1：赤血球および巨核球・血小板系への分化に重要な転写因子です。造血幹・前駆細胞が赤血球へ分化する際には、Gata1が適切な時期に誘導される必要があります。
注6. 単一細胞RNAシーケンス：組織を構成する細胞を一つずつ分け、それぞれの細胞でどの遺伝子がどの程度発現しているかを網羅的に調べる技術です。同じ種類に見える細胞の間の違いや、少数の細胞集団を検出できます。
注7. 巨核球：骨髄に存在する大型の血液細胞で、細胞質の一部を放出して血小板を作ります。血小板は出血を止めるために不可欠ですが、過剰な増加や活性化は血栓形成と関係する場合があります。
【論文情報】
タイトル：Geneformer-guided multi-omics integration identifies Pbx1 as a network hub of hematopoietic stem cell aging
著者：小林 央*, 綿貫慎太郎, 塩澤裕介, 大島基彦, 小出周平, 高山直也, 森川隆之, 原口美帆, 玉置親平, 朝倉敬喜, 宮田敏男, 岩間厚志, 小川誠司, 田久保圭誉*
*責任著者：東北大学大学院医学系研究科 幹細胞医学分野 准教授 小林 央
東北大学大学院医学系研究科 幹細胞医学分野 教授／国立健康危機管理研究機構国立国際医療研究所 造血システム研究部長
田久保 圭誉
掲載誌：Science Advances
DOI：10.1126/sciadv.aeb1346
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学大学院医学系研究科幹細胞医学分野
東北大学ヘルススパン研究センター（HeSReC）
基礎ヘルススパン研究部門 幹細胞ヘルススパン研究分野
教授 田久保 圭誉（たくぼ けいよ）
TEL: 022-717-8150
Email: keiyo.takubo.e5*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院医学系研究科・医学部広報室
TEL: 022-717-8032
Email: press.med*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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