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ヒト多能性幹細胞由来ブラストイド を用いた、試験管内ヒト着床後胚発生モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 22K07886
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

柳田 絢加  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60906668)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 水野 直彬  東京医科歯科大学, 総合研究機構, 助教 (30815642)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywordsナイーブ型多能性幹細胞 / ヒト胚発生 / 初期胚 / 着床 / 多能性幹細胞 / 胚発生
Outline of Research at the Start

ヒトの妊娠・出産率向上へ向けて、ヒト胚発生機構の解明が重要である。しかし、ヒト胚の入手や遺伝子操作が困難なため、ヒトの胚発生機構、特に子宮内の微小空間で進行する着床後の胚発生における分子機構解明は大きく遅れている。そこで、本研究では、ヒト ナイーブ型多能性幹細胞由来のブラストイド(着床前の胚である胚盤胞を模倣した胚盤胞様構)を用い、試験管内でヒト着床後胚発生モデルを構築することを目的とする。本研究が達成されれば、試験管内でヒトの着床後胚発生を継時的に観察、検証可能になり、胚発生機構や着床不全・発生異常の原因解明に繋がると期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトの妊娠・出産率の向上には、ヒト胚発生機構の解明が重要である。しかし、マウス等の実験動物に比べヒト胚の入手や遺伝子操作が困難なため、ヒト胚発生機構の多くは未だ不明な点が多い。特に、子宮内で進行する着床期のヒト胚発生における細胞動態の理解は大きく遅れている。本研究では、多能性幹細胞から作製したブラストイド(着床前の胚である胚盤胞を模倣したヒト胚モデル)を用い、試験管内ヒト着床期胚発生モデルの構築を目指している。
そこでまず、ブラストイドを着床後様胚にin vitroで分化誘導を行うと分化進行に伴いエピブラストあるいは原始内胚葉系列の細胞が消失するという課題に取り組み、ブラストイド作製過程(分化誘導過程)の各ステージにおけるエピブラストと原始内胚葉の細胞数を定量した。その結果、エピブラストあるいは原始内胚葉系列の細胞数の偏りは、原始内胚葉の数の減少が高頻度で生じること。その減少は初期ブラストイドの時点で既に生じていることが明らかになった。そこで、エピブラスト・原始内胚葉への分化・増殖促進候補因子(サイトカイン・阻害剤)をブラストイド誘導時に添加し、ホールマウント免疫染色によりエピブラスト・原始内胚葉の増殖を促進する因子の候補を探索した。さらに候補因子の至適濃度の検討、添加タイミングの詳細な検討を行ない最適な濃度と添加タイミングを絞り込むことができた。また、胚盤胞の3つ目の構成細胞である栄養外胚葉がどのように着床へ向けて準備をしているかヒト胚盤胞の観察を共同研究により行い、極栄養外胚葉が胚盤胞の成熟とともに多層化することを見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年度より所属先を異動し、2年目の2023年度も引き続き研究環境のセットアップが必要であったが、大学院生、研究員の協力のもと当初予定していた研究内容を遂行することができた。特に、原始内胚葉の数が減少する原因の特定、胚盤胞を構成する他の細胞系列(栄養外胚葉、原始内胚葉)の分化を妨げず原始内胚葉の数を改善する分化誘導条件の最適化が進行した。また、着床の鍵となる栄養外胚葉の変化をヒト胚の観察を通して明らかにできた。さらに、今後の解析へ向けライブイメージング環境の構築、ライブイメージング可能な蛍光レポータを保持した細胞株の樹立も達成した。以上のことから、本研究課題の達成にむけおおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

最適化したブラストイドの分化誘導条件を用いて着床後胚様構造への分化誘導を行い、着床後胚様構造の形成効率を形態および各細胞系列特異的な遺伝子に対する蛍光免疫染色により評価する。また、ヒト胚盤胞でみられた着床へむけた栄養外胚葉の多層化がブラストイドにおいても起きているか経時的な観察をもとに検証を行う。現在、ヒト不妊治療における胚盤胞の質は形態をもとに評価されている。良い形態の胚盤胞と悪い形の胚盤胞を比較したところ、悪い形の胚盤胞では原始内胚葉の数が少ないとの報告がある。そこで、ブラストイドを原始内胚葉の数によりグループ分けし、着床あるいはその後の分化に違いがあるか検証を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Open Access: 4 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Cambridge University/The University of Edinburgh(英国)

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  • [Int'l Joint Research] University of Exeter(英国)

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  • [Int'l Joint Research] Cambridge University/Exeter University(英国)

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  • [Journal Article] Mechanisms to Prepare Human Polar Trophectoderm for Blastocyst Implantation2023

    • Author(s)
      Corujo-Simon Elena、Bates Lawrence、Yanagida Ayaka、Jones Kenneth Alan、Clark Stephen、von Meyenn Ferdinand、Reik Wolf、Nichols Jennifer
    • Journal Title

      CellPress Sneak Peek

      Volume: -

    • DOI

      10.2139/ssrn.4608532

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    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Plakoglobin is a mechanoresponsive regulator of na?ve pluripotency2023

    • Author(s)
      Kohler Timo N.、De Jonghe Joachim、Ellerman Anna L.、Yanagida Ayaka、Herger Michael、Slatery Erin M.、Fischer Katrin、Mulas Carla、Winkel Alex、Ross Connor、Bergmann Sophie、Franze Kristian、Chalut Kevin、Nichols Jennifer、Boroviak Thorsten E.、Hollfelder Florian
    • Journal Title

      Nature communications

      Volume: -

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cell surface fluctuations regulate early embryonic lineage sorting2022

    • Author(s)
      Yanagida Ayaka、Corujo-Simon Elena、Revell Christopher K.、Sahu Preeti、Stirparo Giuliano G.、Aspalter Irene M.、Winkel Alex K.、Peters Ruby、De Belly Henry、Cassani Davide A.D.、Achouri Sarra、Blumenfeld Raphael、Franze Kristian、Hannezo Edouard、Paluch Ewa K.、Nichols Jennifer、Chalut Kevin J.
    • Journal Title

      Cell

      Volume: 185 Issue: 5 Pages: 777-793.e20

    • DOI

      10.1016/j.cell.2022.01.022

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-throughput total RNA sequencing in single cells using VASA-seq2022

    • Author(s)
      Salmen Fredrik、De Jonghe Joachim、Kaminski Tomasz S.、Alemany Anna、Parada Guillermo E.、Verity-Legg Joe、Yanagida Ayaka、Kohler Timo N.、Battich Nicholas、van den Brekel Floris、Ellermann Anna L.、Arias Alfonso Martinez、Nichols Jennifer、Hemberg Martin、Hollfelder Florian、van Oudenaarden Alexander
    • Journal Title

      Nature Biotechnology

      Volume: 40 Issue: 12 Pages: 1780-1793

    • DOI

      10.1038/s41587-022-01361-8

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Elucidating primate early embryo development using pluripotent stem cells2023

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      第46回 日本分子生物学会年会
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    • Invited
  • [Presentation] Cell surface fluctuations regulate early embryonic lineage sorting2023

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      第75回 日本細胞生物学会
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 再構成胚を用いた霊長類の原始内胚葉の分化・増殖機構の解明2023

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      佐々木 伊織, 平松 竜司, 金井 克晃, 柳田 絢加
    • Organizer
      第166回 日本獣医学会学術集会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Capturing early human embryo development in vitro2023

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      SY-Stem
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Cell surface fluctuations regulate early embryonic lineage sorting2023

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      The75th annual meeting of the Japanses Society for Cell Biology
    • Related Report
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    • Invited
  • [Presentation] Cell surface fluctuations regulate early embryonic lineage sorting2022

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      Japaese Soceiety for quantitative biology, 10th annual meeting
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Capturing early human embryonic development using pluripotent stem cells2022

    • Author(s)
      Ayaka Yanagida
    • Organizer
      he 45th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] ヒトの体が作られるメカニズムを探求する(UTokyo FOCUS)

    • URL

      https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/features/z0508_00042.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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