2020 Fiscal Year Annual Research Report
Reconstitution of gamete integrity using pluripotent stem cells
| Project Area | Ensuring integrity in gametogenesis |
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| Project/Area Number |
18H05545
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
林 克彦 九州大学, 医学研究院, 教授 (20287486)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平尾 雄二 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, ユニット長 (10355349)
吉崎 悟朗 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (70281003)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 卵母細胞 / 多能性幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実績の概要は主にふたつである。ひとつは卵子をかたちづくる遺伝子ネットワークを解明したこと。もうひとつは卵子をつくる体細胞環境を再構築したことである。
卵母細胞系列の分化過程の遺伝子発現を解析してみると、原始卵胞から一次卵胞への移行期間において大きな遺伝子発現の変化があることがわかった。この遺伝子発現変化では卵母細胞をかたちづくる構造タンパクをコードする遺伝子の多くが発現を開始することがわかった。次にこの遺伝子発現変化を制御する転写因子を遺伝子欠損および強制発現系によって同定した。面白いことに、これらの解析により同定された８つの遺伝子をES細胞に強制発現したところ、わずか5日のうちに初期卵母細胞と同様の細胞に変化し、卵巣の体細胞と共培養すると成熟卵母細胞とそっくりな細胞に変化した。このことにより、これらの8つの転写因子が卵子をかたちづくる遺伝子発現プログラムを制御していることが明らかになった。本成果は2021年1月に出版されたNatureに掲載された。
次に本研究では卵巣（卵胞）の環境を多能性幹細胞から再構築し、胎仔組織に依存しないin vitro gametogenesisを確立することを目指している。これまでに卵巣の体細胞の分化過程を可視化できる様々なレポーターES細胞を樹立している。本年度において、樹立した各種レポーターES細胞を用いた条件検討により、卵巣の体細胞のマーカーであるNr5a1を発現する細胞を分化誘導することに成功した。これらの細胞とES細胞由来の始原生殖細胞様細胞を凝集培養した結果、卵子にまで成長することが明らかとなった（論文投稿中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度においては卵子をかたちづくる転写因子群の同定に至った。これは長年不明だった卵母細胞の成長スイッチの分子機構を解明した点において意義深い。また転写因子の強制発現により卵子様の細胞が容易に得られるようになった。卵子の細胞質は体細胞核をもリプログラミングする特殊な能力をもち、クローン動物の作製や生殖補助医療（卵細胞質置換によるミトコンドリア病の克服）などに欠かすことのできない生体材料である。本研究により、遺伝子の強制発現により卵子の細胞質と同等の材料が得られる可能性が示唆され、将来的な技術開発が期待できる。このことは本領域研究の目的であるin vitro gametogenesisの利便性の向上に貢献すると考えられる。
また、これまでに卵巣の体細胞を多能性幹細胞から分化誘導する培養方法を確立している。この方法で得られた細胞はES細胞由来の始原生殖細胞様細胞を卵子にまで成長させる能力をもつ。このことから、これまで卵子への分化に必須であった胎仔卵巣の体細胞は必要なくなり、卵子の作製はES細胞のみから行えるようになった。これによりin vitro gametogenesisの他の動物への応用の可能性が飛躍的に向上した。またこの成果は体細胞から卵母細胞へ与えるシグナル等を容易に解析できる実験系の構築にも貢献すると思われる。
以上の理由から、本研究は概ね順調に進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の研究で同定された転写因子群がどのようなメカニズムで卵母細胞の成長を促しているのかを明らかにする。具体的にはこれらの転写因子がゲノム上のどの部分に結合しているかを明らかにする。またその結合により発現が制御されている遺伝子群についても明らかにする。これによりこれらの転写因子を起点とした卵母細胞の成長を促す遺伝子ネットワークの全貌を明らかにし、卵子構築の理解を深める。
また、多能性幹細胞から分化誘導して得られた卵巣の体細胞の機能性を検証する。具体的には分化誘導した卵巣の体細胞と共培養して得られたES細胞由来の卵子を体外受精に供し、その卵子の発生能を検証する。これにより産仔が得られた場合は論文として発表する。またこれと同時に他の動物についても同様に多能性幹細胞から卵巣の体細胞を分化誘導するシステムの構築に研究を進展させる。
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