体細胞から始原生殖細胞への分化制御メカニズムの解明

• Project/Area Number: 23K14188
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 森田 俊平 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (60932267)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 生殖系列 / 始原生殖細胞 / 再生 / シングル核RNA-seq / 1細胞RNA-seq / カタユウレイボヤ / 幼若体

Outline of Research at the Start

卵や精子の前駆細胞である始原生殖細胞(PGC)の形成様式は、母性因子の取り込みによる形成様式と、細胞間シグナル伝達による形成様式に大別される。カタユウレイボヤは、胚発生初期に母性因子の取り込みによってPGCを形成する。そして発生過程で物理的にPGCを取り除かれた個体であっても、幼若体になるとPGCを再生することが知られている。しかし幼若体におけるPGCの再生を制御する分子メカニズムは明らかになっていない。本研究ではRNA-seqによる大規模データ解析と、ゲノム編集技術による遺伝子機能解析を用いることでPGCを再生する分子メカニズムの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、カタユウレイボヤ幼若体における体細胞から始原生殖細胞(PGC)への分化を制御する分子メカニズムを、1細胞RNA-seq解析による 大規模データ解析と、ゲノム編集による遺伝子機能解析を組み合わせることで解明することである。胚発生初期に形成されたPGCを物理的に除去された個体は、体細胞からPGCを再び形成することで、最終的に配偶子を作り出すことができる。このような体細胞からPGCへの分化には、体細胞への分化・発生に必要な体細胞性遺伝子の発現抑制、およびPGCへの分化・発生に必要なPGC性遺伝子の発現活性化が肝要であると考えている。そこで本研究では、体細胞からPGCへの分化を制御する新規因子の同定を目指している。１細胞RNA-seq解析によって、幼若体における体細胞からPGCへの分化過程を解析するためには、幼若体PGC特異的に高発現するマーカー遺伝子を同定する必要がある。当該年度には、すでに論文発表済みであるカタユウレイボヤ幼生期の１細胞RNA-seqデータを再解析することで、幼生PGCにおいて高発現する候補遺伝子を選定し、幼若体PGCにおける発現をin situ hybridization法を用いたスクリーニングを行った。上記のスクリーニングの結果、幼若体PGC特異的に高発現するマーカー遺伝子を複数同定することができた。さらにカタユウレイボヤ幼若体を蛍光in situ hybridizationの実験条件を最適化させることができた。現在は、カタユウレイボヤ幼若体を用いて独自に行なったシングル核RNA-seqデータの解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していた通り、前年度にシングル核RNA-seqを行い、現在そのデータを解析中である。この過程で、今後の研究計画で必要となる蛍光in situ hybridizationやCRISPR/Cas9の条件検討を進めている。したがって、本研究は、当初の計画通りに進行している。

Strategy for Future Research Activity

現在進行中であるシングル核RNA-seq解析から、体細胞からPGCへの分化を制御する因子の候補を選定し、それら候補因子に対するノックアウト実験を行う。さらにノックアウトによって体細胞からPGCへの分化が阻害される因子を同定する。PGC形成の成否は、すでに作成済みである抗Vasa抗体を用いた免疫組織化学染色を行うことで確認する。