Evolutionary competition in germ cells for autonomous control of development and heredity
Publicly Offered Research
| Project Area | Understanding multicellular autonomy by competitive cell-cell communications |
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| Project/Area Number |
22H05639
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
池田 達郎 基礎生物学研究所, 生殖細胞研究部門, 特任助教 (60803963)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
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| Keywords | マウス / 始原生殖細胞 / バーコード / クローン動態 / 遺伝子発現 / 数理モデリング / 精子幹細胞 / 細胞系譜 / 精細管 / DNAバーコード / シングルセル解析 |
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| Outline of Research at the Start |
雄マウスの胎仔に生じた始原生殖細胞（PGCs）は、出生・性成熟後の個体の精子産生の元となる。これまでに、PGCsは不均一に増殖し、一部のPGCsからより多くの精子・次世代の仔が生じることがわかってきた。このPGCsの不均一な増殖は子孫細胞（クローン）間の進化的な競合に起因する可能性があるが、この競合に寄与する遺伝子と、競合が発生・遺伝に与える効果は定かでない。
本研究ではPGCsをDNAバーコードで区別して、クローンごとに遺伝子の活性状態を測定することで、より増殖したクローンが持つ特性を探索する。そこから生殖細胞の不均一な増殖の要因を見出し、進化的な競合が発生・遺伝に与える自律効果を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度はまず2022年度末に作成した、誘導直後（E6.5）にバーコード標識したのち精巣に移動した始原生殖細胞（PGCs）のシングルセルRNA・バーコード-seqライブラリをシーケンスしてデータ解析を行なった。その結果、PGCsにおける不均一な遺伝子発現を見出し、その一部はPGCsの発生の進行度合いを反映していることが分かった。このデータにバーコード情報を重ねると、同じバーコードのPGCクローンでは上記の遺伝子群の発現が近似していた。これは、何らかの共有因子がクローンの遺伝子状態を規定することを示唆している。見出した遺伝子群のうちクローンの挙動に影響すると予想された遺伝子のタンパク質に対する抗体を購入し、その発生過程における発現分布・変動の観察を始めた。
これまで、PGCsの遊走期にクローンの種類数の減少と不均一な拡大が起こることを見出していた。実際にどのような作用がこのクローン分布変化を駆動しうるのかを調べるため、少数の仮定を基に複数の数理モデルを設計した。その結果、一部のPGCsが生存しながらも将来の精巣に寄与しないことを仮定したモデルで初めて、観察されたクローン分布の変化を再現できた。この仮定の蓋然性を検証するため、CAG-CAT-EGFPマウスを用いてE6.5でPGCsをEGFP標識し、E7.5およびE8.5の胚内におけるEGFP陽性細胞の分布を解析した。その結果、E7.5ではエピブラスト後端に存在していたEGFP+細胞のうち、E8.5で約半数は前側の原腸に移動しているのに対し、残りは胚後方の尿膜周辺に移動して胚体外中胚葉への寄与が見られた。このようなPGCsの運命転換がクローンの分布変化を駆動することが示唆された。
以上の結果を含む発生期から次世代に至るまでの生殖細胞クローン動態に関して、2023年度は国内外の学会等で複数の発表を行い、論文執筆も大きく進展させた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
