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独自の改良型子宮内膜オルガノイドを応用した着床機構および着床不全の病態の解明

Research Project

Project/Area Number 23K27734
Project/Area Number (Other) 23H03043 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 56040:Obstetrics and gynecology-related
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

杉野 法広  山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10263782)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田村 功  山口大学, 医学部附属病院, 講師 (40610663)
宮本 達雄  山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (40452627)
大黒 多希子  金沢大学, 疾患モデル総合研究センター, 教授 (30767249)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Keywords子宮内膜 / 脱落膜化 / オルガノイド / 着床 / 着床不全
Outline of Research at the Start

着床とは、胚が子宮内膜上皮に接着・浸潤し、子宮内膜間質細胞の脱落膜化とともに胎盤を形成する過程であるが、ヒトではこれを再現するモデルが確立されておらず、着床機構の詳細や着床不全の病態は未だ十分に解明されていない。本研究では、我々が独自に開発した改良型子宮内膜オルガノイド(ミニ子宮内膜)とマウス胚盤胞を共培養することで、より生体に近い着床現象を再現できるin vitro着床モデルを確立する。さらに、着床関連遺伝子のノックアウトマウスから作製したミニ子宮内膜を用いて着床過程を見ることで、着床に不可欠な因子の同定だけでなく、着床過程のどの段階に異常が生じるかも解明できる。

Outline of Annual Research Achievements

着床とは、胚が子宮内膜上皮に接着・浸潤し、子宮内膜間質細胞の脱落膜化とともに胎盤を形成する過程である。ヒトではこれを再現するモデルが確立されておらず、着床機構の詳細や着床不全の病態は十分に解明されていない。本研究では、我々が独自に開発した子宮内膜オルガノイド(ミニ子宮内膜)とマウス胚盤胞を共培養することで、より生体に近い着床現象を再現できるin vitro着床モデルを確立する。さらに、着床関連遺伝子のノックアウトマウスから作製したミニ子宮内膜を用いて着床不全モデルを作製する。
1)ミニ子宮内膜を用いたin vitro着床モデルの作製
マウスミニ子宮内膜とGFPマウスから採取した胚盤胞の共培養を行い、下記の着床現象の4つのステージを経時的に組織切片を作製した。また、タイムラプスイメージングを用いてリアルタイムで観察する系を確立することに成功した。①attachment、②invagination、③entosis、④invasion。さらに、ステージ③④では、胚盤胞由来成分のうち栄養外胚葉が上皮に接着し間質細胞層に浸潤しながら絨毛細胞へと分化するが、この分化を分化マーカー(Proliferin)の免疫染色で確認した。また、間質細胞は絨毛の浸潤部位から脱落膜化変化を起こすので、この変化を脱落膜化マーカー(COX-2)の免疫染色で確認した。すなわち、浸潤した栄養膜細胞は絨毛細胞に分化、周囲の間質細胞は脱落膜化細胞に分化しており、着床後に胚盤胞から胎盤を形成するまでの観察も可能となった。
2)着床不全モデルの作製
上皮に発現する着床に必須な因子であるLIFのノックアウトマウスから作製したミニ子宮内膜では、着床現象が阻害されるかをタイムラプスイメージングで観察する。令和5年度は、金沢大学疾患モデル総合研究センターから譲渡されたマウスの交配によりLIFノックアウトマウスを作製した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

子宮内膜上皮細胞と子宮内膜間質細胞を3次元培養した報告は過去にもあるが、体外で一連の着床現象を再現した報告はこれまでにない。その要因としては3次元培養にマトリゲルが必要であることや、上皮の極性が内側に向かい胚盤胞との共培養が困難であったことが挙げられる。我々が作成したミニ子宮内膜は①内部に子宮内膜間質細胞が充満されその外側に上皮細胞が覆っており、②上皮細胞のムチンタンパク質(MUC1)が上皮細胞の外側面に位置しているため胚盤胞を受容できる構造となっており、③培養にマトリゲルを必要としない点を以って体外での着床現象の再現を可能とした。また、共焦点タイムラプスイメージングを用いることで着床の4ステップをリアルタイムに追うことができ、これまでは静的評価のみであった着床現象の動的評価を可能とした。さらに、浸潤した栄養膜細胞は絨毛細胞に分化、周囲の間質細胞は脱落膜化細胞に分化しており、着床後に胚盤胞から胎盤を形成するまでの観察を可能にした。したがって、マウスの子宮内膜に類似した3次元構造体であるミニ子宮内膜を樹立し、体外で一連の着床現象を再現することができるin vitro 着床モデルの作製に成功した。
上皮に発現する着床に必須な因子であるLIFのノックアウトマウスから作製したミニ子宮内膜を用いて着床現象が阻害されるかをタイムラプスイメージングで観察するまでには至っていないが、LIFのノックアウトマウスは、すでに作製しており、研究の準備は整っている。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、1)ヒトミニ子宮内膜を用いたin vitro着床モデルの作製、2)着床不全モデルの作製を行う。
1)ヒトミニ子宮内膜を用いたin vitro着床モデルの作製
本研究では、ヒト人工胚盤胞(ブラストイド)を用いるが、これは、ナイーブ型iPS細胞から誘導して作製する。この方法については、この分野の専門家である山口大学生化学講座の清木誠教授からの指導を受け迅速に進める。また、準備段階の研究として、ヒト子宮内膜から子宮内膜オルガノイドを作製し、マウス胚盤胞との共培養により、マウスと同様に着床現象をin vitroでリアルタイムに観察する系を確立しておくことで、ヒト子宮内膜とブラストイドのin vitro着床モデルの作製を順調に進められるようにする。
2)着床不全モデルの作製
我々が同定した脱落膜化に重要な転写因子であるCEBP-beta をノックアウトさせた子宮内膜からもミニ子宮内膜を作製する予定としている。C/EBP-betaのノックアウトマウス作成については、ゲノム編集技術により作製する予定としているが、この技術は山口大学分子細胞生理学講座(宮本達雄教授)の指導をうけることで、迅速に進めることにしている。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Differential gene expression in decidualized human endometrial stromal cells induced by different stimuli.2024

    • Author(s)
      Doi-Tanaka Y, Tamura I, Shiroshita A, Fujimura T, Shirafuta Y, Maekawa R, Taketani T, Sato S, Sugino N
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 7726-7726

    • DOI

      10.1038/s41598-024-58065-z

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of cell-cell interaction between mural granulosa cells and cumulus granulosa cells during ovulation using single‐cell <scp>RNA</scp> sequencing data of mouse ovary2024

    • Author(s)
      Shirafuta Yuichiro、Tamura Isao、Shiroshita Amon、Fujimura Taishi、Maekawa Ryo、Taketani Toshiaki、Sugino Norihiro
    • Journal Title

      Reproductive Medicine and Biology

      Volume: 23 Issue: 1

    • DOI

      10.1002/rmb2.12564

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Combined histological and DNA methylome profiling approaches may provide insights into the pathophysiology of ovarian endometriomas2023

    • Author(s)
      Maekawa Ryo、Ota Yoshiaki、Ota Ikuko、Mihara Yumiko、Takasaki Hitomi、Sato Shun、Tamura Isao、Shirafuta Yuichiro、Shinagawa Masahiro、Fujimura Taishi、Shiroshita Amon、Yoneda Toshihide、Kawamoto‐Jozaki Mai、Matsui Fuka、Taketani Toshiaki、Sugino Norihiro
    • Journal Title

      Reproductive Medicine and Biology

      Volume: 22 Issue: 1

    • DOI

      10.1002/rmb2.12548

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Genome-wide analysis of histone modifications that underlie the dynamic changes in gene expression during decidualization in human endometrial stromal cells2023

    • Author(s)
      Tamura Isao、Shiroshita Amon、Fujimura Taishi、Tanaka-Doi Yumiko、Shirafuta Yuichiro、Maekawa Ryo、Taketani Toshiaki、Sato Shun、Sugino Norihiro
    • Journal Title

      Molecular Human Reproduction

      Volume: 29 Issue: 7

    • DOI

      10.1093/molehr/gaad019

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Glucose and lipid metabolisms in human endometrial stromal cells during decidualization2023

    • Author(s)
      Tamura Isao、Shiroshita Amon、Fujimura Taishi、Tanaka-Doi Yumiko、Shirafuta Yuichiro、Taketani Toshiaki、Sato Shun、Sugino Norihiro
    • Journal Title

      Endocrine Journal

      Volume: 70 Issue: 5 Pages: 465-472

    • DOI

      10.1507/endocrj.EJ23-0099

    • ISSN
      0918-8959, 1348-4540
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Nuclear F-actin formation regulates decidualization of human endometrial stromal cells2024

    • Author(s)
      Tamura I, Fujimura T, Shinagawa M, Sugino N
    • Organizer
      71th annual scientific meeting of Society for Reproductive Investigation
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Establishment of in vitro implantation model using newly developed endometrial organoid2024

    • Author(s)
      Fujimura, T, Tamura I, Shinagawa M, Sugino N
    • Organizer
      71th annual scientific meeting of Society for Reproductive Investigation
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Epigenetic Regulation of Decidualization in Human Endometrial Stromal Cells.2023

    • Author(s)
      Sugino N
    • Organizer
      70th annual scientific meeting of Society for Reproductive Investigation
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] The essential glucose transporter GLUT1 is epigenetically upregulated by C/EBPbeta and WT1 during decidualization of human endometrial stromal cells.2023

    • Author(s)
      Tamura I, Tamehisa T, Sugino N
    • Organizer
      70th annual scientific meeting of Society for Reproductive Investigation
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Differential gene expression and cellular functions in decidualized human endometrial stromal cells induced by different stimuli.2023

    • Author(s)
      Tamura I, Fujimura T, Shirafuta Y, Sugino N
    • Organizer
      56th Annual Meeting of the Society for the Study on Reproduction
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of Cell-Cell Interaction Between Mural Granulosa Cells and Cumulus Granulosa Cells During Ovulation Using Single-Cell RNA Sequencing Data of Mouse Ovar2023

    • Author(s)
      Shirafuta Y, Tamura I, Fujimura T, Sugino N
    • Organizer
      56th Annual Meeting of the Society for the Study on Reproduction
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of melatonin on the transcriptome of human granulosa cells, fertilization and blastocyst formation2023

    • Author(s)
      I.Tamura, H.Tamura, H.Takasaki, A.Shiroshita, T.Fujimura, Y.Shirafuta, Y.Mihara, T.Taketani, N.Sugino
    • Organizer
      第75回日本産科婦人科学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 脱落膜化に不可欠な糖取り込みを制御するGLUT1は転写因子C/EBPβとWT1により epigeneticに制御される2023

    • Author(s)
      田村 功、高崎ひとみ、城下亜文、藤村大志、白蓋雄一郎、前川 亮、田村博史、杉野法広
    • Organizer
      第96回日本内分泌学会学術総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 脱落膜化不全の病態解明にむけて:C/EBPβによる脱落膜化制御機構の解明2023

    • Author(s)
      田村 功
    • Organizer
      第41回日本受精着床学会総会・学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 3次元子宮内膜様構造体を用いたin vitro 着床モデルの樹立2023

    • Author(s)
      藤村大志、田村 功、米田稔秀、城下亜文、高崎ひとみ、白蓋雄一郎、佐藤 俊、杉野法広
    • Organizer
      日本繁殖生物学会第116回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 核内アクチンによるヒト子宮内膜間質細胞脱落膜化の調節機構の解明2023

    • Author(s)
      田村 功、高崎ひとみ、城下亜文、藤村大志、白蓋雄一郎、竹谷俊明、杉野法広
    • Organizer
      第68回日本生殖医学会学術講演会・総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 子宮内膜上皮・間質複合オルガノイドを用いたin vitro 着床モデルの樹立2023

    • Author(s)
      藤村大志、田村 功、米田稔秀、城下亜文、高崎ひとみ、白蓋雄一郎、竹谷俊明、佐藤 俊、杉野法広
    • Organizer
      第68回日本生殖医学会学術講演会・総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規子宮内膜オルガノイドを用いたin vitro 着床モデルの確立2023

    • Author(s)
      藤村大志、田村 功、米田稔秀、城下亜文、高崎ひとみ、佐藤 俊、杉野法広
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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