着床前胚に由来する幹細胞を用いた全能性の再構築

• Project Area: Program of totipotency: From decoding to designing
• Project/Area Number: 19H05757
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kumamoto University (2022-2023); Tohoku University (2019-2021)
• Principal Investigator: 岡江 寛明 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (10582695)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大日向 康秀 千葉大学, 大学院医学研究院, 講師 (70415107)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥124,800,000 (Direct Cost: ¥96,000,000、Indirect Cost: ¥28,800,000); Fiscal Year 2023: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2022: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2021: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2020: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2019: ¥31,200,000 (Direct Cost: ¥24,000,000、Indirect Cost: ¥7,200,000)
• Keywords: 全能性 / ES細胞 / 栄養膜幹細胞（TS細胞） / 原始内胚葉幹細胞（PrES細胞） / 胚体外性幹細胞 / 栄養膜幹細胞 / 原始内胚葉幹細胞 / 幹細胞 / 人工胚盤胞 / 人工胎盤

Outline of Research at the Start

唯一全能性を保持する受精卵は、卵割を繰り返し、胚盤胞と呼ばれる初期胚を形成する。胚盤胞はエピブラスト、栄養膜、原始内胚葉の3種類、数10個の細胞で構成されるが、何故、この単純な構造から個体生命を形成できるのか、その機構は謎に包まれている。本研究では、個々の細胞に全能性を誘導するのではなく、胚盤胞に由来する幹細胞を組み合わせることで、胚発生能を有するマウス人工胚盤胞を作製する。さらに、ヒト胚盤胞を構成する全系列の幹細胞化、ヒトTS細胞の3次元培養技術の確立、ヒト人工栄養膜幹細胞の作製を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、独自の幹細胞培養技術を駆使し、マウスにおいて試験管内で胚発生能を幹細胞のみで再構成する。また、ヒトにおいても胚盤胞を構成する全細胞系譜の幹細胞化を行い、それぞれの特性を解析する。本年度は、マウスにおいて、胚盤胞の栄養外胚葉の性質を保持する新規TS細胞の樹立を試み、いくつかの候補となる細胞株を得た。また、ヒト卵黄嚢組織から幹細胞を単離し、長期培養することに成功した。成果の概要を以下に示す。
1.マウスの胚盤胞を構成する3つの細胞系列のうち、エピブラストからはES細胞が、栄養外胚葉からはTS細胞が、原始内胚葉からはPrES細胞(本領域の成果として報告、大日向ら、Science 2022)が樹立されている。従って理論的にはこれら3つの幹細胞を組み合わせれば胚盤胞を再構成できる可能性が示唆されるが、発生能を保持するブラストイドを作製する技術は確立されていない。本年度は、栄養外胚葉の性質を保持する新規TS細胞の樹立を行い、いくつかの細胞株を得た。これらは栄養膜系列のマーカーであるCDX2やGATA3を発現することを確認した。
2.ヒトの胚盤胞を構成する3つの細胞系列のうち、エピブラストからはES細胞が、栄養外胚葉からはTS細胞が樹立されている。一方、残る原始内胚葉（卵黄嚢内胚葉へと寄与）から幹細胞を樹立する技術は確立されていない。本年度は、ヒト卵黄嚢組織から細胞を単離し、様々な条件下で培養を行った。その結果、EGFやGSK3阻害剤を組み合わせることで、6カ月以上にわたって培養可能な幹細胞株の樹立に成功した。樹立した細胞を分化誘導すると、卵黄嚢特異的マーカーであるAFPやALBの発現が誘導されることも確認した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Kansas Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] CBI Toulouse/Universite de Nantes(フランス)
• [Int'l Joint Research] McGill University/University of Western Ontario(カナダ)
• [Int'l Joint Research] University of Kansas Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Journal Article] Trophoblast stem cell-based organoid models of the human placental barrier (2024)
  • Author(s): Hori Takeshi、Okae Hiroaki、Shibata Shun、Kobayashi Norio、Kobayashi Eri H.、Oike Akira、Sekiya Asato、Arima Takahiro、Kaji Hirokazu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45279-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modeling embryo-endometrial interface recapitulating human embryo implantation (2024)
  • Author(s): Shibata Shun、Endo Shun、Nagai Luis A. E.、H. Kobayashi Eri、Oike Akira、Kobayashi Norio、Kitamura Akane、Hori Takeshi、Nashimoto Yuji、Nakato Ryuichiro、Hamada Hirotaka、Kaji Hirokazu、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Saito Masatoshi、Yaegashi Nobuo、Okae Hiroaki、Arima Takahiro
  • Journal Title: Science Advances Volume: 10 Issue: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.adi4819
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulation of human trophoblast gene expression by endogenous retroviruses (2023)
  • Author(s): Frost Jennifer M.、Amante Samuele M.、Okae Hiroaki、Jones Eleri M.、Ashley Brogan、Lewis Rohan M.、Cleal Jane K.、Caley Matthew P.、Arima Takahiro、Maffucci Tania、Branco Miguel R.
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: - Issue: 4 Pages: 527-538
  • DOI: 10.1038/s41594-023-00960-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extravillous trophoblast cell lineage development is associated with active remodeling of the chromatin landscape (2023)
  • Author(s): Varberg Kaela M.、Dominguez Esteban M.、Koseva Boryana、Varberg Joseph M.、McNally Ross P.、Moreno-Irusta Ayelen、Wesley Emily R.、Iqbal Khursheed、Cheung Warren A.、Schwendinger-Schreck Carl、Smail Craig、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Lydic Michael、Holoch Kristin、Marsh Courtney、Soares Michael J.、Grundberg Elin
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 4826-4826
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40424-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CRISPR screening in human trophoblast stem cells reveals both shared and distinct aspects of human and mouse placental development (2023)
  • Author(s): Takanori Shimizu*, Akira Oike*, Eri H. Kobayashi*, Asato Sekiya, Norio Kobayashi, Shun Shibata, Hirotaka Hamada, Masatoshi Saito, Nobuo Yaegashi, Mikita Suyama, Takahiro Arima, and Hiroaki Okae. *T.S., A.O., and E.H.K. contributed equally to this work.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 51
  • DOI: 10.1073/pnas.2311372120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of Mouse Primitive Endoderm Stem Cells (2023)
  • Author(s): Yasuhide Ohinata、Atsunori Saraya、Haruhiko Koseki
  • Journal Title: BIO-PROTOCOL Volume: 13(22) Issue: 22
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.4878
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CITED2 is a conserved regulator of the uterine-placental interface. (2023)
  • Author(s): Kuna Marija、Dhakal Pramod、Iqbal Khursheed、Dominguez Esteban M.、Kent Lindsey N.、Muto Masanaga、Moreno-Irusta Ayelen、Kozai Keisuke、Varberg Kaela M.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Sucov Henry M.、Soares Michael J.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 3 Pages: 120-123
  • DOI: 10.1073/pnas.2213622120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genomic imprinting in human placentation (2022)
  • Author(s): Kobayashi Eri H.、Shibata Shun、Oike Akira、Kobayashi Norio、Hamada Hirotaka、Okae Hiroaki、Arima Takahiro
  • Journal Title: Reproductive Medicine and Biology Volume: 21 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/rmb2.12490
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The multifaceted role of GCM1 during trophoblast differentiation in the human placenta (2022)
  • Author(s): Jeyarajah Mariyan J.、Jaju Bhattad Gargi、Kelly Rachel D.、Baines Kelly J.、Jaremek Adam、Yang Fei-Hung P.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Dumeaux Vanessa、Renaud Stephen J.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 49
  • DOI: 10.1073/pnas.2203071119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The microRNA cluster C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human pluripotent stem cells (2022)
  • Author(s): Kobayashi Norio、Okae Hiroaki、Hiura Hitoshi、Kubota Naoto、Kobayashi Eri H.、Shibata Shun、Oike Akira、Hori Takeshi、Kikutake Chie、Hamada Hirotaka、Kaji Hirokazu、Suyama Mikita、Bortolin-Cavaill? Marie-Line、Cavaill? J?r?me、Arima Takahiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 3071-3071
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30775-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic, Genomic, and Imaging Approaches to Dissect the Role of Polycomb Group Epigenetic Regulators in Mice (2022)
  • Author(s): Yakushiji-Kaminatsui Nayuta、Kondo Takashi、Ohinata Yasuhide、Takano Junichiro、Koseki Haruhiko
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: - Pages: 207-228
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2481-4_10
  • ISBN: 9781071624807, 9781071624814
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intersection of regulatory pathways controlling hemostasis and hemochorial placentation (2021)
  • Author(s): Muto Masanaga、Chakraborty Damayanti、Varberg Kaela M.、Moreno-Irusta Ayelen、Iqbal Khursheed、Scott Regan L.、McNally Ross P.、Choudhury Ruhul H.、Aplin John D.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Matsumoto Shoma、Ema Masatsugu、Mast Alan E.、Grundberg Elin、Soares Michael J.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 50
  • DOI: 10.1073/pnas.2111267118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ASCL2 reciprocally controls key trophoblast lineage decisions during hemochorial placenta development (2021)
  • Author(s): Varberg Kaela M.、Iqbal Khursheed、Muto Masanaga、Simon Mikaela E.、Scott Regan L.、Kozai Keisuke、Choudhury Ruhul H.、Aplin John D.、Biswell Rebecca、Gibson Margaret、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Vivian Jay L.、Grundberg Elin、Soares Michael J.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 10
  • DOI: 10.1073/pnas.2016517118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Naive Human Embryonic Stem Cells Can Give Rise to Cells with a Trophoblast-like Transcriptome and Methylome (2020)
  • Author(s): Cinkornpumin Jessica K.、Kwon Sin Young、Guo Yixin、Hossain Ishtiaque、Sirois Jacinthe、Russett Colleen S.、Tseng Hsin-Wei、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Duchaine Thomas F.、Liu Wanlu、Pastor William A.
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 15 Issue: 1 Pages: 198-213
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2020.06.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Histone deacetylase 1 and 2 drive differentiation and fusion of progenitor cells in human placental trophoblasts (2020)
  • Author(s): Jaju Bhattad Gargi、Jeyarajah Mariyan J.、McGill Megan G.、Dumeaux Vanessa、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Lajoie Patrick、B?rub? Nathalie G.、Renaud Stephen J.
  • Journal Title: Cell Death & Disease Volume: 11 Issue: 5 Pages: 311-327
  • DOI: 10.1038/s41419-020-2500-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atypical protein kinase C iota (PKCλ/ι) ensures mammalian development by establishing the maternal?fetal exchange interface (2020)
  • Author(s): Bhattacharya Bhaswati、Home Pratik、Ganguly Avishek、Ray Soma、Ghosh Ananya、Islam Md. Rashedul、French Valerie、Marsh Courtney、Gunewardena Sumedha、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Paul Soumen
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Issue: 25 Pages: 14280-14291
  • DOI: 10.1073/pnas.1920201117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unique features and emerging in vitro models of human placental development. (2020)
  • Author(s): Shun Shibata, Eri H Kobayashi, Norio Kobayashi, Akira Oike, Hiroaki Okae, Takahiro Arima.
  • Journal Title: Reprod Med Biol . Volume: 12 Issue: 4 Pages: 301-313
  • DOI: 10.1002/rmb2.12347
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Induction of Human Trophoblast Stem Cells from Somatic Cells and Pluripotent Stem Cells (2020)
  • Author(s): Castel G, Meistermann D, Bretin B, Firmin J, Blin J, Loubersac S, Bruneau A, Chevolleau S, Kilens S, Chariau C, Gaignerie A, Francheteau Q, Kagawa H, Charpentier E, Flippe L, Francois-Campion V, Haider S, Dietrich B, Knofler M, Arima T, Bourdon J, Rivron N, Masson D, Fournier T, Okae H, Freour T, David L
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 33 Issue: 8 Pages: 108419-108419
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108419
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] G protein subunit β1 is an important mediator of the late stage of endochondral ossification (2020)
  • Author(s): Ruengsinpinya Lerdluck、Murakami Tomohiko、Nakamura Eriko、Takahata Yoshifumi、Hata Kenji、Nakaminami Yuri、Okae Hiroaki、Nishimura Riko
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 533 Issue: 1 Pages: 90-96
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.08.119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Loss of p57KIP2expression confers resistance to contact inhibition in human androgenetic trophoblast stem cells (2019)
  • Author(s): Takahashi Sota、Okae Hiroaki、Kobayashi Norio、Kitamura Akane、Kumada Kanako、Yaegashi Nobuo、Arima Takahiro
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 52 Pages: 26606-26613
  • DOI: 10.1073/pnas.1916019116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヒト栄養膜幹細胞を用いた胎盤研究 (2024)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第４回 有性生殖学会
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子機能にもとづくヒトとマウス胎盤の進化的対応関係の理解 (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第41回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • Invited
• [Presentation] Disease modeling with human trophoblast stem cells (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: The 18th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子からひも解くヒトとマウス胎盤の対応関係 (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第68回日本生殖医学会学術講演会
  • Invited
• [Presentation] ヒトとマウス胎盤の対応関係の理解 (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 新学術・全能性 第5回公開シンポジウム
• [Presentation] Unlocking the mysteries of pregnancy with stem cells (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 熊本大学発生医学研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] The microRNA cluster C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human PSCs (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: IRCMS seminar "New Horizons in Developmental Biology"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human PSCs (2023)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 熊本大学発生医学研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] C19MC is essential for the differentiation potential of hPSCs into trophoblast lineages (2022)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: The 55th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [Presentation] Critical role of genomic imprinting in human placental development (2022)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 新学術・全能性 The International Symposium “Totipotency and Germ Cell Development”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒト胚着床モデル-母胎アセンブロイド-の開発 (2021)
  • Author(s): 柴田峻、岡江寛明、有馬隆博
  • Organizer: ART FORUM’21 生殖の分子機構への新たなアプローチ
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生殖医学研究の最前線 進歩し続ける基礎研究 (2021)
  • Author(s): 岡江寛明、有馬隆博.
  • Organizer: 66th生殖医学会学術講演会・総会：シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒトES細胞からTS細胞への分化転換を阻害するエピジェネティックバリアの同定 (2021)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: AMED研究開発交流会
  • Invited
• [Presentation] Modeling human placental development and disease with stem cells (2021)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第9回東北大学スマート・エイジング学際重点研究センター シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 分化全能性の消失に関わるインプリント遺伝子の同定 (2020)
  • Author(s): 岡江寛明、小林記緒、有馬隆博
  • Organizer: 日本繁殖生物学会第113回大会
  • Invited
• [Presentation] Epigenetic restriction of human pluripotency by silencing of the chromosome 19 miRNA cluster (2020)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 着床前胚に由来する幹細胞を用いた全能性の再構築 (2020)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 新学術領域研究「全能性プログラム」Webinar
  • Invited
• [Presentation] Identification of an epigenetic barrier between human embryonic and trophoblast stem cells (2020)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] ヒトES細胞からTS細胞への運命転換 (2020)
  • Author(s): 岡江寛明
  • Organizer: 新学術領域研究「配偶子インテグリティの構築」「全能性プログラム」合同公開シンポジウム2020
  • Invited
• [Presentation] なぜ絨毛癌は稀なのか？ヒト栄養膜幹細胞を用いた胎盤の腫瘍化抑制機構の解析 (2019)
  • Author(s): 岡江 寛明
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒト胚性幹細胞の栄養膜幹細胞への分化転換 (2019)
  • Author(s): 小林 記緒
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 雄核発生胚に由来するヒトTS細胞の樹立 (2019)
  • Author(s): 岡江 寛明
  • Organizer: 新学術領域キックオフシンポジウム
• [Presentation] Disease modeling with human trophoblast stem cells (2019)
  • Author(s): 岡江 寛明
  • Organizer: 幹細胞・再生医学イノベーション創出プログラム 事業内交流会
• [Presentation] ヒト胎盤異常のエピゲノム～全胞状奇胎の細胞特性の解析～ (2019)
  • Author(s): 有馬 隆博
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第64回大会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 再生医療等に用いるヒト胎盤由来幹細胞の細胞特性の解明 (2019)
  • Author(s): 岡江 寛明
  • Organizer: 令和元年度AMED再生医療研究交流会
• [Book] ヒト胎盤発生と幹細胞 (2021)
  • Author(s): 柴田峻、岡江寛明、有馬隆博
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 医学書院(金原出版）
• [Book] ヒト初期発生におけるエピジェネティクス (2021)
  • Author(s): 岡江寛明、有馬隆博
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 羊土社
• [Book] トロホブラスト幹細胞と展開 (2021)
  • Author(s): 小林枝里、岡江寛明、有馬隆博
  • Total Pages: 6
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] ヒトTS細胞を用いた胎盤疾患モデルの構築 (2021)
  • Author(s): 大池 輝, 小林 枝里, 小林 記緒, 柴田 峻, 岡江 寛明, 北村 茜, 宮内 尚子, 有馬 隆博
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 北隆館／ニューサイエンス社