Analysis of proliferation and differentiation of primordial germ cell-like cells derived from ES cells

• Project/Area Number: 15H05636
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大田 浩 京都大学, 医学研究科, 准教授 (50391892)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2017: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2016: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2015: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 始原生殖細胞 / ES細胞 / 増殖 / 分化 / 培養 / 配偶子形成 / 細胞増殖 / 細胞分化 / 試験管内

Outline of Annual Research Achievements

始原生殖細胞（primordial germ cell; PGC）は精子および卵子の起源となる細胞であるが、試験管内での継続的な培養系が確立されておらず、研究を進める上で大きな障壁となっていた。これまで研究代表者らはES細胞やiPS細胞から試験管内において産仔へ発生可能な機能的なPGC様細胞（PGC-like cell; PGCLC）を分化誘導することに成功してきている。本研究で研究代表者はPGCLCを用いたhigh-throughputケミカルライブラリースクリーニングを実施し、forskolinとPDE4 inhibitorを組み合わせることにより、試験管内においてPGCLCを一定期間増殖させることが可能な培養系を構築することに成功した。試験管内で増殖したPGCLCは新生仔マウスの精巣へ移植すると精子へ分化し、また、顕微授精実験により正常な産仔へ発生することを明らかにした。非常に興味深いことに、試験管内で増殖したPGCLCの遺伝子発現パターンは性決定前のPGCの性質を示し、一方、ゲノムのメチル化レベルは性決定後の生殖細胞と同程度の低メチル化レベルを示した。これらの結果は、PGCの性決定には生殖巣体細胞などからのシグナルが必要であるが、ゲノムの脱メチル化は培養下で増殖中に起こることが示された。この培養系を応用して生殖細胞の性決定機構を解析したところ、BMP2とretinoic acidが雌性生殖細胞の分化に必要であることが明らかとなった。本研究により確立されたPGCLCの培養系は、これまで解析が困難であった生殖細胞の性決定機構や減数分裂機構に関わる研究、また、他の種への応用など幅広い展開が期待できる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Induction of fetal primary oocytes and the meiotic prophase from mouse pluripotent stem cells. (2018)
  • Author(s): Miyauchi H, Ohta H, Saitou M.
  • Journal Title: Methods Cell Biol. Volume: 144 Pages: 409-429
  • DOI: 10.1016/bs.mcb.2018.03.035
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expansion of mouse primordial germ cell-like cells in culture reconstitutes an epigenetic blank slate. (2017)
  • Author(s): Ohta H, Kurimoto K, Okamoto I, Nakamura T, Yabuta Y, Miyauchi H, Yamamoto T, Okuno Y, and Hagiwara M, Shirane K, Sasaki H, Saitou M.
  • Journal Title: EMBO J. Volume: 36 Issue: 13 Pages: 1888-1907
  • DOI: 10.15252/embj.201695862
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fertile offspring from sterile sex chromosome trisomic mice (2017)
  • Author(s): Hirota Takayuki、Ohta Hiroshi、Powell Benjamin E.、Mahadevaiah Shantha K.、Ojarikre Obah A.、Saitou Mitinori、Turner James M. A.
  • Journal Title: Science Volume: 357 Pages: 932-935
  • DOI: 10.1126/science.aam9046
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bone morphogenetic protein and retinoic acid synergistically specify female germ-cell fate in mice (2017)
  • Author(s): Miyauchi Hidetaka、Ohta Hiroshi、Nagaoka So、Nakaki Fumio、Sasaki Kotaro、Hayashi Katsuhiko、Yabuta Yukihiro、Nakamura Tomonori、Yamamoto Takuya、Saitou Mitinori
  • Journal Title: EMBO Journal Volume: 36 Pages: 3100-3119
  • DOI: 10.15252/embj.201796875
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expansion of mouse primordial germ cell-like cells in culture reconstitutes an epigenetic blank slate. (2017)
  • Author(s): Hiroshi Ohta, Kazuki Kurimoto, Ikuhiro Okamoto, Tomonori Nakamura, Yukihiro Yabuta, Hidetaka Miyauchi, Takuya Yamamoto, Yukiko Okuno, Masatoshi Hagiwara, Kenjiro Shirane, Hiroyuki Sasaki, Mitinori Saitou.
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant