哺乳類の進化的に保存された精原幹細胞ニッチの分子基盤の解明

• Project Area: Mechanisms regulating gamete formation in animals
• Project/Area Number: 16H01251
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金井 克晃 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30260326)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000); Fiscal Year 2017: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2016: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: 精細管 / 精原幹細胞 / 精巣 / セルトリ細胞 / マウス / ニッチ / ハムスター / 応用動物学 / 獣医解剖学 / 幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

申請者らは、精原幹細胞SSCの曲精細管でのOPENニッチとは別に、SSCの安定供給源が精細管基部のセルトリバルブ（SV）領域内に存在することを見出している（SVニッチと命名）。本研究課題は、このSVニッチの分子基盤を解明することを目的としている。SV領域ではレチノイン酸の分解酵素の特異的な高発現により、レチノイン酸が低レベル維持されていることが判明している。最終年度において、このSV領域で特異的にレチノイン酸シグナルを上昇させることにより、SV領域のニッチ能が顕著に低下することが判明した。この結果は、レチノイン酸の低活性がSVでのニッチ活性に必須であることを示唆する。さらにSV領域の形成に関わる精巣網からのシグナル因子の発現解析から、SVニッチのセルトリ細胞は、無脊椎動物のニッチ細胞で活性するシグナル因子STAT3が、恒常的に活性化していることが判明した。このSV特異的なSTAT経路の活性化は、曲精細管内のluminal flowが形成する生後2週齢頃から開始することも明らかとなった。さらに、SV領域のセルトリ細胞を単離し、精度の高い一細胞RNA seq解析を行った。その結果、SVニッチ内のセルトリ細胞の一部には、複数の異なった遺伝子発現プロファイルを持つ「特殊なセルトリ細胞」が含まれていることが判明した。以上の結果は、SV領域が規定される分子基盤は、曲精細管でのニッチと似たレチノイン酸シグナル系が機能しており、さらに一部において、ハエのSSCニッチと類似したSTATシグナル経路が利用されていることが判明した。

Research Progress Status

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Griffith University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
• [Journal Article] Competition for Mitogens Regulates Spermatogenic Stem Cell Homeostasis in an Open Niche (2019)
  • Author(s): Kitadate Y., Jorg DJ., Tokue M,. Maruyama A., Ishikawa R., Tsuchiya S., Segi-Nishida E., Nakagawa T., Uchida A., Kimura-Yoshida C., Mizuno S., Sugiyama F., Azami T., Ema M., Noda C., Kobayashi S., Matsuo I., Kanai Y., Nagasawa T., Sugimoto Y., Takahashi S., Simons BD., Yoshida S.
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 24 Issue: 1 Pages: 79-92
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • NAID: 120007128265
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regionally distinct patterns of STAT3 phosphorylation in the seminiferous epithelia of mouse testes (2018)
  • Author(s): Nagasawa K, Imura-Kishi K, Uchida A, Hiramatsu R, Kurohmaru M, Kanai Y
  • Journal Title: Molecular Reproduction and Development Volume: 85 Issue: 3 Pages: 262-270
  • DOI: 10.1002/mrd.22962
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Germ cell-intrinsic requirement for the homeodomain transcription factor PKnox1/Prep1 in adult spermatogenesis. (2018)
  • Author(s): Kawai, Y., Oda, A., Kanai, Y., and Goitsuka, R.
  • Journal Title: PLosOne Volume: 13 Issue: 1 Pages: e0190702-e0190702
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0190702
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spermatogonial deubiquitinase USP9X is essential for proper spermatogenesis in mice (2017)
  • Author(s): Kishi Kasane、Uchida Aya、Takase Hinako M、Suzuki Hitomi、Kurohmaru Masamichi、Tsunekawa Naoki、Kanai-Azuma Masami、Wood Stephen A、Kanai Yoshiakira
  • Journal Title: Reproduction Volume: 154 Issue: 2 Pages: 135-143
  • DOI: 10.1530/rep-17-0184
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Defects in the first wave of folliculogenesis in mouse XO ovaries (2017)
  • Author(s): Kento Miura, Chiharu Murata, Kyoko Harikae, Hitomi Suzuki, Masami Kanai-Azuma, Masamichi Kurohmaru, Naoki Tsunekawa & Yoshiakira Kanai
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 63 Issue: 3 Pages: 333-338
  • DOI: 10.1262/jrd.2017-033
  • NAID: 130006362665
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Differential lactate and cholesterol synthetic activities in XY and XX Sertoli cells. (2017)
  • Author(s): Shishido Y, Baba T, Sato T, Shima Y, Miyabayashi K, Inoue M, Akiyama H, Kimura H, Kanal Y, Ishihara Y, Haraguchi S, Miyazaki A, Rozman D, Yamazaki T, Choi MH, Ohkawa Y, Suyama M, Morohashi KI
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Issue: 1 Pages: 41912-41912
  • DOI: 10.1038/srep41912
  • NAID: 120006799381
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Defects in the First Wave of Folliculogenesis in Mouse XO Ovaries (2017)
  • Author(s): Miura K, Murata C Harikae K, Suzuki H, Kanai-Azuma M, KurohmaruM, Tsunekawa N, Kanai Y
  • Journal Title: J Reprod Develop Volume: in press
  • NAID: 130006362665
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In vivo dynamics of GFRα1-positive spermatogonia stimulated by GDNF signals using a bead transplantation assay. (2016)
  • Author(s): Uchida A, Kishi K, Aiyama Y, Miura K, Takase HM, Suzuki H, Kanai-Azuma M, Iwamori T, Kurohmaru M, Tsunekawa N, Kanai Y.
  • Journal Title: Data Brief. Volume: 8 Pages: 1255-8
  • DOI: 10.1016/j.dib.2016.07.055
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo dynamics of GFRα1-positive spermatogonia stimulated by GDNF signals using a bead transplantation assay (2016)
  • Author(s): Uchida A, Kishi K, Aiyama Y, Miura K, Takase HM, Suzuki H, Kanai-Azuma M, Iwamori T, Kurohmaru M, Tsunekawa N, Kanai Y
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 476 Issue: 4 Pages: 546-552
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.05.160
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] High-FGF9 / low-retinoic acid signaling states in Sertoli valve niche for spermatogenic stem/progenitor cells. (2018)
  • Author(s): Yoshiakira Kanai
  • Organizer: The 8th International Symposium on Vertebrate Sex Determination, Kona Hawaii
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Amh欠損雄マウスを用いたミューラー管遺残症における遺残子宮の比較病態解析 (2018)
  • Author(s): 平松竜司、村田千晴、三浦健人、平手良和、金井正美、金井克晃
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会 パシフィコ横浜
• [Presentation] A Partial Sex Reversal in Mammalian Ovary under a Paternal Environment. (2016)
  • Author(s): Yoshiakira Kanai
  • Organizer: Symposium in The joint meeting of the 22nd International Congress of Zoology (OIST)and the 87th Meeting of the Zoological Society of Japan (OCC)
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学（OIST）、沖縄県国頭郡恩納村
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 哺乳類の性の決定と維持機構. 「性決定メカニズム研究の最前線」 (2016)
  • Author(s): 金井克晃
  • Organizer: 第159回日本獣医学会シンポジウム.
  • Place of Presentation: 日本大学 湘南キャンパス、神奈川県 藤沢市
  • Year and Date: 2016-09-06
  • Invited
• [Presentation] 精子幹細胞ニッチ. 「配偶子形成・受精・着床の最先端研究」 (2016)
  • Author(s): 金井克晃
  • Organizer: 第57回日本組織細胞化学会シンポジウム.
  • Place of Presentation: 杏林大学井の頭キャンパス、東京三鷹市
  • Year and Date: 2016-09-03
  • Invited
• [Book] 遺伝子から解き明かす性の不思議な世界 （共著） (2019)
  • Author(s): 金井克晃、平松竜司
  • Total Pages: 541
  • Publisher: 一色出版
  • ISBN: 9784909383068
• [Book] Reproductive and Developmental Strategies, Diversity and Commonality in Animals （共著） (2018)
  • Author(s): Kento Miura, Ayako Tomita, Yoshiakira Kanai
  • Total Pages: 789
  • Publisher: Springer, Tokyo
  • ISBN: 9784431566076
• [Remarks] 研究紹介・マウス生殖細胞／生殖腺の発生、性分化および精子発生の分子機構の解明
  • URL: http://www.vm.a.u-tokyo.ac.jp/kaibo/seibunnka.html#usp