移植効率の向上を目指した精子幹細胞の宿主内ダイナミクスの解明

• Project/Area Number: 15J05243
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Hiroshima University (2017); National Institute for Basic Biology (2015-2016)
• Principal Investigator: 中村 隼明 広島大学, 生物圏科学研究科, 助教 (30613723)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 精子幹細胞 / 移植 / マウス / ライブイメージング / クローン解析 / レチノイン酸 / 精細管内移植 / 幹細胞ダイナミクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、マウスをモデルに用いて精子幹細胞の宿主内ダイナミクスを解明し、その知見に基づいて現在非常に低い精子幹細胞の移植効率を実用可能なレベルまで向上させることである。
ライブイメージング法を用いて麻酔下で維持した宿主マウス精巣におけるドナー精子幹細胞の挙動を連続観察した。その結果、移植後の精子幹細胞は基底膜上を活発に移動しており、「分裂」と細胞間橋の断裂（「断片化」）、「細胞死」が定常状態と比較して高頻度で起こることが明らかになった。
パルス標識法による子孫細胞(クローン)の運命を解析した。その結果、移植後に基底膜上に到達したドナー精子幹細胞のほとんどが30日以内に消失し、そのうちコロニーを形成したのはわずか1/40であることを見出した。移植後に基底膜上に到達した精子幹細胞1つ1つの運命は非常に多様であり、すべてが自己複製するのではなく、その多くは「分化」して最終的に消失することを発見した。
そこで、精子幹細胞の分化シグナルであるレチノイン酸に注目し、宿主マウス精巣におけるレチノイン酸合成を一過的に阻害した。その結果、ドナー精子幹細胞の分化が抑制されると共に、自己複製が亢進され、最終的なコロニー形成効率が5倍向上した。
以上の結果より、誰も知り得なかった精子幹細胞の移植後の振舞い、さらに、その背景にある幹細胞の柔軟な性質に初めてメスが入り、生殖学や幹細胞学の分野に極めて大きなインパクトを与えた。また、本研究成果は移植した精子幹細胞の運命を制御できるという新たな概念を打ち立て、精子幹細胞が秘めた応用研究への豊かな可能性を明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 遠距離輸送した凍結始原生殖細胞の移植による比内鶏の復元 －高病原性鳥インフルエンザ発生時のリスク分散を想定して－ (2016)
  • Author(s): 中村隼明, 力丸宗弘, 高橋大希, 小松恵, 高橋利清, 田上貴寛.
  • Journal Title: 日本家禽学会誌 Volume: 53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Poultry genetic resource conservation using primordial germ cells. (2016)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 62 Issue: 5 Pages: 431-437
  • DOI: 10.1262/jrd.2016-052
  • NAID: 130005431257
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Augment of transplantation by modulating behavior of spermatogenic stem cells (2018)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura
  • Organizer: RCAS/JAB International Symposium Animal Biotechnology: from Genes to Cells
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] マウス精子形成における潜在的幹細胞の移植後の振舞い (2017)
  • Author(s): 中村隼明, 今弥生, 吉田松生
  • Organizer: 日本畜産学会第122回大会
  • Place of Presentation: 神戸大学 (神戸, 兵庫)
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] マウス精子形成における潜在的幹細胞の移植後の振舞い (2017)
  • Author(s): 中村隼明，今弥生，吉田松生
  • Organizer: 第12２回日本畜産学会大会
• [Presentation] Homing efficiency and behavior of mouse seprmatogenic stem cells following transplantation (2017)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura, Yayoi Kon & Shosei Yoshida
  • Organizer: 52th Annual Meeting of Japanese Society of Developmental Biologists
• [Presentation] Germ cell transplantation for the preservation of avian and mammalian genetic resources. (2017)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura
  • Organizer: 54th Annual Meeting of the Society for Cryobiology (CRYO2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Homing efficiency and fate behavior of adult mouse seprmatogenic stem cells following transplantation (2017)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura, Yayoi Kon & Shosei Yoshida
  • Organizer: International Research Symposium on Regulation of Germ Cell Development in vivo and in vitro
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Understanding the post-transplantation behavior of mouse spermatogenic stem cells (2017)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura & Shosei Yoshida
  • Organizer: 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 精子幹細胞の移植後のホーミング効率を再考する (2017)
  • Author(s): 中村隼明
  • Organizer: 第48回精子研究会
  • Invited
• [Presentation] Post-transplantation fates of individual mouse spermatogenic stem cells. (2016)
  • Author(s): Yooshiaki Nakamura, Shosei Yoshida
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory 2016 Meeting on Germ Cells
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory (New York, USA)
  • Year and Date: 2016-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マウス精子幹細胞の宿主内ダイナミクスの解析から移植効率を向上させる (2016)
  • Author(s): 中村隼明, 今弥生, 吉田松生
  • Organizer: 第109回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 麻布大学 (淵野辺, 神奈川)
  • Year and Date: 2016-09-12
• [Presentation] 移植したマウス精子幹細胞は多様な運命をたどる (2016)
  • Author(s): 中村隼明，今弥生，吉田松生
  • Organizer: 日本畜産学会第121回大会
  • Place of Presentation: 日本獣医生命科学大学 (武蔵野，東京)
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] Post-transplantation dynamics of mouse spermatogenic stem cells: For improvement of its transplantation efficiency, oral presentation (2015)
  • Author(s): Yoshiaki Nakamura & Shosei Yoshida
  • Organizer: 12th Annual Conference of the Asia Reproductive Biotechnology Society
  • Place of Presentation: Vietnam Academy of Science and Technology (Hanoi, Vietnam)
  • Year and Date: 2015-11-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 移植環境下における精子幹細胞の自己複製と分化のバランスの継時的変化 (2015)
  • Author(s): 中村隼明，今弥生，吉田松生
  • Organizer: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学 (宮崎，宮崎)
  • Year and Date: 2015-09-17